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¿Cómo probar que $p(n \xi)$ $\xi$ irracional y $p$ un polinomio se distribuye uniformemente modulo 1?

El Weyl equidistribución teorema establece que la secuencia de las fracciones ${n \xi}$, $n = 0, 1, 2, \dots$ se distribuye de forma homogénea por $\xi$ irracional.

Esto se puede probar con un poco de ergodic theory, específicamente el hecho de que una explotación irracional de rotación es únicamente ergodic con respecto a la medida de Lebesgue. También puede ser demostrado por simplemente jugar con polinomios trigonométricos (es decir, los polinomios en $e^{2\pi i k x}$ $k$ un entero), y usando el hecho de que son densos en el espacio de todas las funciones continuas con el período 1. En particular, una muestra de que si $f(x)$ es una función continua con el período 1, entonces para cualquier $t$, $\int_0^1 f(x) dx = \lim \frac{1}{N} \sum_{i=0}^{N-1} f(t+i \xi)$. Una muestra mediante la comprobación de este (directamente) para polinomios trigonométricos a través de la serie geométrica. Esta es una muy elemental y prueba interesante.

La forma general de Weyl del teorema establece que si $p$ es un monic de valor entero polinomio, entonces la secuencia de ${p(n \xi)}$ $\xi$ irracional se distribuye uniformemente en el modulo 1. Creo que esta puede ser demostrado mediante extensiones de estos ergodic theory técnicas-es un ejercicio de Katok y Hasselblatt. Me gustaría ver una primaria de la prueba.

Puede la forma general de Weyl del teorema de ser probado utilizando las mismas técnicas elementales como en la versión básica?

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Chris Benard Puntos 1430

Hay una bastante buena exposición en Terry Tao del post, a ver Corolarios 4-6. Aquí es un boceto:

Podemos demostrar la afirmación más general: Deje $p(n)= \chi n^d + a_{d-1} n^{d-1} + \cdots + a_1 n + a_0$ ser cualquier polinomio, con $\chi$ irracional. A continuación, $p(n) \mod 1$ es equidistributed. Nuestra prueba es por inducción sobre $d$; en el caso base $d=1$ es estándar.

Set $e(x) = e^{2 \pi i x}$. Por la norma engaño con exponencial de polinomios, es suficiente para demostrar $$\sum_{n=0}^{N-1} e(p(n)) = o(N).$$

Elegir un entero positivo $h$. Con un pequeño error, se puede sustituir la suma por $$\sum_{n=0}^{N-1} (1/h) \left( e(p(n)) + e(p(n+1)) + \cdots + e(p(n+h-1)) \right).$$ Por Cauchy-Schwarz, este está delimitado por $$\frac{\sqrt{N}}{h} \left[ \sum_{n=0}^{N-1} \left( e(p(n)) + \cdots + e(p(n+h-1)) \right) \overline{ \left( e(p(n)) + \cdots + e(p(n+h-1)) \right)} \right]^{1/2}.$$

Ampliando el interior de la suma, se obtiene $h^2$ términos de la forma $e(p(n) - p(n+k))$. Hay $h$ que $k=0$; estos cada suma a a $N$. Por el otro $h^2-h$ términos, la suma es de la forma $\sum_{n=0}^{N-1} e(q(n))$ donde $q$ cuenta con tecnología de plazo $\chi d n^{d-1}$. Por inducción, cada una de estas sumas es $o(N)$.

Por lo que la cantidad de la raíz cuadrada es $$hN+o(N)$$ donde la constante en la $o$ depende de $h$$\chi$. Poniendo todo junto, tenemos un límite de $$N/\sqrt{h} + o(N).$$

Desde $h$ fue arbitraria, esto demuestra el resultado.

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