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设{an}是阶为1的算数序列.考虑如下形式的指数和:S(α,X)=∑n≤Xane(αn).这个问题最早由Hardy和Littlewood在1914年提出.S(α,X)关于α的平凡估计是O(X1+ε),最好的一致估计是O(X1/2+ε).
当an取SL(2,(Z))上模形式或自守形式f的标准化傅里叶系数λf(n)时,许多人研究了这一问题.令f是SL(2,(Z))上权为k的全纯尖形式.λf(n)表示f的标准化傅里叶系数:f(z)=∞∑n=1λf(n)n(k-1)/2e(nz), Imz>0.Wilton在1929年证明了∑n≤Xλf(n)e(αn)(《)εX1/2+(ε)关于α一致成立.这是最好的一致估计结果.如果考虑非一致估计,则对某些α可以得到很大的改进.
类似形式的指数和估计与解析数论中的很多重要问题都密切相关.例如,利用Wilton的估计,Titchmarsh得到了L-函数L(s)=∑n≥1ann-s的平方均值估计:∫X-X|L(1/2+it)|2dt(《)εX1+ε.
在本文中,我们考虑带有平滑因子的指数和∑n(φ)(n/X)λf(n)e(αn)的非一致估计.对于一些特殊的α,我们得到了速降的估计,这些结果优于O(X1/2+ε).我们使用的数学工具主要包括Dirichlet有理逼近,Voronoi求和公式和Bessel函数的近似估计.
定理1.1设(φ)(x)∈C∞(0.+∞)是支集为[a,b]的无穷可微函数.令α=a/q+λ,其中(a,q)=1,且|λ|<1/X,q2<X1-ε,则∑n>0λf(n)(φ)(n/X)e(αn)(《)f,H,εX-H对任意H>0成立.
当α为有理数时,由定理1.1可以立即得到下面的推论.
推论1.2设(φ)(x)∈C∞(0.+∞)是支集为[a,b]的无穷可微函数.设(a,q)=1,且q2< X1-ε,则∑n>0λf(n)(φ)(n/X)e(a/qn)(《)f,H,εX-H对任意H>0成立.
当q=1时,推论1.2变为∑n>0λf(n)(φ)(n/X)(《)f,HX-H对任意H>0成立.
对无理数α,若存在最小的(τ)(α),使得对任意μ>(τ)(α),|α-a/q|<q-u只有有限多个解,则(τ)(α)称为α的逼近指数.当(τ)(α)>2时,利用定理1.1可得如下结论:
推论1.3对任意固定超越数α,若(τ)(α)>2,则存在序列Xk→∞,使得∑n>0λf(n)(φ)(n/Xk)e(αn)(《)f,H,X-H对任意H>0成立.