关于奇数平方表示为9个不同奇数平方之和的存在性证明问询
我最近在琢磨一个数论问题:如何把奇数平方表示成9个不同奇数平方的和。具体定义是这样的:
设$n\in\mathbb{N}$是奇数,$x_1,,x_2,,...,,x_9\in\mathbb{N}$是两两不同的奇数,我想搞明白,到底哪些$n$能让方程
$$n2=\sum_{j=1}9x_j^2$$
有解?
我自己验证了到$n=5555$的所有情况,发现在这个范围内,只要$n\geq37$,就一定能找到对应的解。
不仅如此,除了$n=43$之外,这个范围内$n\geq37$的奇数还能满足更特殊的表达式——其中$x_1,,x_2,,x_3\geq13$,也就是:
$$n2=12+32+52+72+92+112+\sum_{j=1}3x_j^2$$
转化一下就是
$$n2-286=\sum_{j=1}3x_j^2$$
但这些都只是数值验证,算不上严格的数学证明。我现在特别好奇:能不能从理论上证明所有$n\geq37$的奇数都至少存在一组解?甚至能不能证明除了$n=43$之外,所有$n\geq37$的奇数都满足上面那个更特殊的形式?
要是不要求这9个奇数平方必须不同,那问题就简单多了。我用了刚才那个特殊形式的变体来分析:
设$n\in\mathbb{N}$是奇数,$x_1,,x_2,,x_3\in\mathbb{N}$是奇数,我们可以得到
$$n^2-6\equiv 3 \mod 8$$
根据勒让德三平方定理,当$n\geq3$时,方程
$$n2-6=\sum_{j=1}3x_j^2$$
一定有解,也就是等价于
$$n2=12+12+12+12+12+12+\sum_{j=1}3x_j^2$$
这里要提一句,勒让德定理本身没说$x_1,,x_2,,x_3$必须是奇数,但只有三个奇数平方相加才能得到$8k+3$这种形式的数。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者summingsummer

