SMF

Une résolution spectrale du grand crible

A spectral resolution of the large sieve

Olivier RAMARÉ
Une résolution spectrale du grand crible
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  • Année : 2025
  • Fascicule : 3
  • Tome : 153
  • Format : Électronique
  • Langue de l'ouvrage :
    Anglais
  • Class. Math. : 42A05, 47G10, 11L03, 47N99; 46E10, 11L07, 11N35
  • Pages : 575-636
  • DOI : 10.24033/bsmf.2907

Dénotons par $\varphi=(\varphi_n)_{n\le N}$ une suite de nombres complexes. Nous étudions ici la forme quadratique \begin{gather*} V(\varphi,Q)=\sum_{Q< q \le 2Q}\sum_{a\mathbin{\,\textrm{mod}^*} q}\biggl|\sum_{n=1}^N\varphi_ne^{2i\pi na/q}\biggr|^2, \end{gather*} où $a\mathbin{\,\textrm{mod}^*} q$ désigne une variable entière $a$ qui parcourt les points de $\{1,\ldots,q\}$ qui sont premiers à $q$.  Les paramètres réels $N$ et $Q$ sont entendus comme étant grands.  Nous comprenons convenablement les valeurs propres de $V(\cdot, Q)$ lorsque $Q=o(\sqrt{N})$ ; par ailleurs, $V(\varphi,Q)$ se comporte comme une somme de Riemann quand $N=o(Q)$.  Nous examinons ici le comportement de ces valeurs propres dans le domaine $Q\in[\sqrt{N},100 N]$ et, en particulier, présentons une analyse spectrale complète lorsque $Q\ge N^{3/4}$ à partir des valeurs propres d'une famille à un paramètre d'opérateurs différence nucléaires. Une des conséquences notables de notre étude est que le quotient $V(\varphi,Q)/(Q^2\sum_n|\varphi_n|^2)$ reste entre deux constantes strictement positives, uniformément en $\varphi$, lorsque $N/Q$ reste de même entre deux constantes strictement positives. De plus, nous montrons que la forme quadratique $V(\cdot,Q)$ (sous une version lissée) peut ne pas s'approcher de la forme diagonale $\varphi\mapsto(6/\pi^2)Q^2\sum_n|\varphi_n|^2$, toujours lorsque $N/Q$ reste entre deux constantes strictement positives, bien que ce comportement ne se produise que sur un espace vectoriel en $\varphi$ de dimension petite mais supérieure à 1.

Let $\varphi=(\varphi_n)_{n\le N}$ denote a sequence of complex numbers. The main object of this paper is the quadratic form \begin{gather*} V(\varphi,Q)=\sum_{Q< q \le 2Q}\sum_{a\mathbin{\,\textrm{mod}^*} q}\biggl|\sum_{n=1}^N\varphi_ne^{2i\pi na/q}\biggr|^2, \end{gather*} where $a\mathbin{\,\textrm{mod}^*} q$ denotes an integer variable $a$ that goes through the points of $\{1,\ldots,q\}$ that are prime to $q$. The real parameters $N$ and $Q$ are assumed to be large. The eigenvalues of $V(\cdot, Q)$ are well understood when $Q=o(\sqrt{N})$ and $V(\varphi,Q)$ behaves like a Riemann sum when $N=o(Q)$. The behavior in the range $Q\in[\sqrt{N},100 N]$ is the object of our queries. In particular, we present a full spectral analysis when $Q\ge N^{3/4}$ in terms of the eigenvalues of a one-parameter family of nuclear difference operators. Among the consequences, we show that $V(\varphi,Q)/(Q^2\sum_n|\varphi_n|^2)$ stays between two positive constants uniformly in $\varphi$, when $N/Q$ stays similarly between two positive constants, and that (a smoothed version of) the quadratic form $V(\cdot,Q)$ may stay away from the diagonal form $\varphi\mapsto(6/\pi^2)Q^2\sum_n|\varphi_n|^2$ when $N/Q$ stays between two positive constants, although only on a vector space of $\varphi$ of positive but small dimension.

Inégalité du grand crible, opérateurs différence
Large sieve inequality, difference operators

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