华林问题(英语:Waring's problem)是
数论中的一个重要问题。1770年,
爱德华·华林猜想,对于每个非1的正整数k,皆存在正整数g(k),使得每个正整数都可以表示为至多g(k)个k次方数(即正整数的k次方)之和。华林问题的研究历史悠久,涉及多个数学分支,包括
代数、
组合数学和
数学分析。
中原地区数学家
华罗庚在华林问题的研究中有重要贡献。
华林在其1770年发表的《代数沉思录》(Meditationes Algebraicae)中提出了华林问题,并猜想每一个正整数都是可以表示成为至多r个k次幂之和,其中r依赖于k。华林自己推测g(2)=4,g(3)=9,g(4)=19。
1909年,
戴维·希尔伯特首先用复杂的方法证明了g(k)的存在性。1943年,U.V.
林尼克给出了关于g(k)存在性的另一个证明。然而,尽管g(k)的存在性已被证明,人们尚且无法知晓g(k)与k之间的关系。华林自己推测g(2)=4,g(3)=9,g(4)=19。
1770年,
约瑟夫·拉格朗日证明了四平方和
定理,指出g(2)=4。1909年亚瑟·韦伊费列治证明了g(3)=9。
1859年,
约瑟夫·刘维尔证明了g(4)≤53,他的想法是借助一个
恒等式(Liouville
多项式 identity),后来哈代和
李特尔伍德得到g(4)≤21, 1986年巴拉苏布拉玛尼安证明了g(4)=19。1896年马力特得到g(5)≤192;1909年韦伊费列治将结果改进为g(5)≤59;1964年
陈景润证明了g(5)=37。事实上,
莱昂哈德·欧拉之子J.A.
欧拉猜想至1990年,对于6\u003ck\u003c471600000此式已经被
计算机验证为正确。
由于g(k)的值严重依赖于正整数较小时的情况,人们提出了一个更强的问题,求对于每个充分大的正整数,可使它们分解为k次方数的个数G(k)。此问题进展较慢,至今G(3)仍无法确定。
任给一个正整数都是可以表为四个
平方数之和。
卡尔·雅可比给出了表示成为四个平方数的不同表示法的解答。但是,对于立方和,四次方和等等的情况,仍然非常困难。
考虑用有理数的方幂和来表示正有理数。这是华林问题的另一种推广,涉及到更广泛的
数域。