在前一节中, 我们通过 Dirichlet 级数展开法研究了被筛集合为
A={n(n−h):n≤x}
时的筛函数 S(A,P,z) 从而改良了之前对 πh(x) 的上界估计. 但在由于当时的上界仅是对于固定 h 成立, 所以对于 Goldbach 问题我们还是需要用初等方法得到对所有 h 一致成立的 G(x) 展开式.
由前一节的推导可知:
h(p)={1/(p−1)2/(p−2)p∣hp∤h,
所以有:
G(x)=d<x∑μ2(d)h(d)=k∣h∑d<x(d,h)=k∑μ2(d)h(d)=k∣h∑μ2(k)h(k)St<x/k(t,h)=1∑μ2(t)h(t).
为了估计 S, 设积性函数 u(m) 满足 u(p)=p−2, 则交换求和次序可得:
S=t<x/k(t,h)=1∑μ2(t)p∣t∏p−22=t<x/k(t,h)=1∑tμ2(t)2ω(t)p∣t∏(1+p−22)=t<x/k(t,h)=1∑tμ2(t)2ω(t)m∣t∑u(m)μ2(m)2ω(m)=m<x/k(m,h)=1∑u(m)mμ2(m)4ω(t)n<x/mk(n,mh)=1∑nμ2(n)2ω(n).
为了继续估计 S, 我们代入定理 7.5.3.1, 便有:
S=21p∏(1−p1)2(1+p2)m<x/k(m,h)=1∑u(m)mμ2(m)4ω(m)p∣mh∏p+2plog2mkx+O(logxloglog3hx)+O{(loglogxh)2}=21p∏(1−p1)2(1+p2)p∣h∏p+2pp∤h∏(1+p2−44)log2kx+O(logxloglog3hx)+O{(loglog3xh)2}.
化简乘积可知:
p∏(1−p1)2(1+p2)p∣h∏p+2pp∤h∏(1+p2−44)=41p>2∏p2(1−p)2pp+2p2−4p2p∣hp>2∏p+2pp2p2−4=41p>2∏p(p−2)(p−1)2p∣hp>2∏pp−2,
所以有:
S=81p>2∏p(p−2)(p−1)2p∣hp>2∏pp−2log2kx+O(logxloglog3hx)+O{(loglog3xh)2}.
为了继续将 S 代入到 G(x) 中进行计算, 我们需要先估计下面这种形式的和:
Tn(h)=k∣h∑μ2(k)h(k)lognk.
其中很明显 T0(h)=h/φ(h), 而 n≥1 时:
Tn(h)=k∣h∑μ2(k)h(k)logn−1kp∣k∑logp=p∣h∑logpkp∣k∣h∑μ2(k)h(k)logn−1k=p∣h∑h(p)logpt∣h/(p,h)∑μ2(t)h(t)logn−1(pt)=p∣h∑h(p)logpt∣h/(p,h)∑μ2(t)h(t)0≤r≤n−1∑(rn−1)logrtlogn−1−rp=0≤r≤n−1∑(rn−1)Tr((p,h)h)p∣h∑h(p)logn−rp.
由于 p∣h 时总有 h(p)=1/(p−1), 所以当 n 固定时总有:
Tn(h)≪0≤r≤n−1∑(rn−1)Tr(h)p∣h∑plogn−rp≪0≤r≤n−1∑Tr(h)(loglog3h)n−r.
由此可知对于所有的 n≥0, 均存在 Cn>0 使得:
Tn(h)<Cnφ(h)h(loglog3h)n.
将这个结果与 S 和 G(x) 结合, 我们就得到了最终的展开式:
G(x)=41p>2∏p(p−2)(p−1)2p∣hp>2∏p−1p−2log2x+O(φ(h)hlogxloglog3hx)+O{φ(h)h(loglog3hx)2}.
现在用 rx(a,b) 表示将偶数 x 分解成一个不超过 a 个素数的乘积与一个不超过 b 个素数的乘积之和的方法数时, 则根据 S(A,P,z) 的定义可知:
rx(1,1)≤S(A,P,x1/2)+2x1/2.
再将其与定理 3.4.1 和 G(x) 的展开式结合, 便有:
当 x 为大偶数时, 总有: rx(1,1)<log2x16xp∣xp>2∏p−2p−1p>2∏(1−(p−1)21)+O{p∣xp>2∏p−2p−1log3xloglogx}.