<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
<HTML><HEAD>
<META http-equiv=Content-Type content="text/html; charset=iso-8859-1">
<META content="MSHTML 6.00.2900.2963" name=GENERATOR>
<STYLE></STYLE>
</HEAD>
<BODY bgColor=#ffffff>
<DIV><FONT face=Arial size=2>This is a hurried attempt to provide background on 
the genesis of A123937.  I am sure that a most of what I write here is a 
poor rehash of basic theory, and this whole post probably equates to a few lines 
of generating function theory.</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>For d and n in Z+, let A_d(n) be the set of integer 
points on the d-sphere of radius sqrt(n) centered at the origin, that 
is:</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>    [1] a_d(n) = #({P in Z^d : |P|^2 
= n}).</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>A table of a_d(n) for a few small values of d and 
n:</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>Table of a_d(n)</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2> \d|  0    
1    2    3    4    
5     6     
7      8      
9      
10<BR> n\|<BR>---+--------------------------------------------------------------<BR> 0 
|  1    1    1    
1    1    1     
1     1      
1      1       
1<BR> 1 |  0    2    4    
6    8   10    12    
14     16     
18      20<BR> 2 |  0    
0    4   12   24   
40    60    84    
112    144     180<BR> 3 |  
0    0    0    8   
32   80   160   280    
448    672     960<BR> 4 |  
0    2    4    6   
24   90   252   574   1136   
2034    3380<BR> 5 |  0    
0    8   24   48  112   
312   840   2016   4320    
8424<BR> 6 |  0    0    0   
24   96  240   544  1288   
3136   7392   16320<BR> 7 |  0    
0    0    0   64  320   
960  2368   5504  12672   28800<BR> 8 |  
0    0    4   12   24  
200  1020  3444   9328  22608   
52020<BR> 9 |  0    2    4   
30  104  250   876  3542  12112  
34802   88660<BR>10 |  0    0    
8   24  144  560  1560  4424  14112  
44640  129064</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>Each sequence a_d is a column of this table. All of 
these column sequences already exist in the OEIS.</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>It turns out that a_d can be gotten by convolving 
the sequence j = (1,2,0,0,2,...) = A000122 d times with the convolutional 
identity sequence e = (1,0,0,0,0,...) = A000007. We could say that a_d = j^d as 
a "convolutional power".</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>The generating function of a_d is </FONT><FONT 
face=Arial size=2>t(x)^d where t is the generating function of j. t turns out to 
be the Jacobi theta function theta_3, as noted on A000122. </FONT><FONT 
face=Arial size=2>If we apply the finite difference transform to the sequence of 
generating functions </FONT><FONT face=Arial size=2>{t</FONT><FONT face=Arial 
size=2>(x)^d}, we obtain the sequence</FONT><FONT face=Arial 
size=2> {(t(x)-1)^d}. Expanding these functions back to sequences gives the 
sequence of sequences {b_d} where b_d = (j-e)^d as a convolutional power. This 
allows us to constuct a table of b_d:</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>Table of b_d(n)</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2> \d|  0    
1    2    3    4    
5    6    7    8    
9    
10<BR> n\|<BR>---+------------------------------------------------------<BR> 0 
|  1    0    0    
0    0    0    0    
0    0    0     0<BR> 1 
|  0    2    0    
0    0    0    0    
0    0    0     0<BR> 2 
|  0    0    4    
0    0    0    0    
0    0    0     0<BR> 3 
|  0    0    0    
8    0    0    0    
0    0    0     0<BR> 4 
|  0    2    0    
0   16    0    0    
0    0    0     0<BR> 5 
|  0    0    8    
0    0   32    0    
0    0    0     0<BR> 6 
|  0    0    0   
24    0    0   64    
0    0    0     0<BR> 7 
|  0    0    0    
0   64    0    0  
128    0    0     0<BR> 8 
|  0    0    4    
0    0  160    0    0  
256    0     0<BR> 9 |  
0    2    0   24    
0    0  384    0    0  
512     0<BR>10 |  0    
0    8    0   96    
0    0  896    0    0  
1024</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>It turns out that the process we used to get from 
the a_d table to the b_d table, namely, converting columns of a_d to generating 
functions, applying the finite difference transform to the gf's, and expanding 
the resulting functions</FONT><FONT face=Arial size=2> back to columns of 
b_d, is the same as applying the finite difference transform to the rows of the 
a_d table to obtain rows of the b_d table.</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>An inductive proof starting with b_d = (j-e)^d 
where </FONT><FONT face=Arial size=2>j-e = (0,2,0,0,2,...) shows that b_d(d) = 
2^d and b_d(n) = 0 for n < d. This means that the nth element of the nth row 
of the b_d table is the last nonzero element in that row, which in turn implies 
that the nth row of the a_d table, that is, the number of integer points P with 
|P|^2 = n, is a polynomial of degree n in d.</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2></FONT> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>If, instead of [1], we had </FONT><FONT face=Arial 
size=2>started with</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>    [1] a_d'(n) = #({P in Z^d : 
|P|^2 <= n})</FONT></DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>which counts points inside as well as on the 
d-sphere, the nth row of a_d' table </FONT><FONT face=Arial size=2>would be 
gotten by adding termwise the rows 0 through n of the a_d table. The sequence 
a_d' has generating function t(x)^d/(1-x). Similarly, the nth row of the 
corresponding b_d' table </FONT><FONT face=Arial size=2>is the sum of rows 0 
through n of the b_d table, and sequence b_d has generating function 
(t(x)-1)^d)/(1-x). The table of b_d', omitting the superdiagonal zeroes, is 
sequence A123937.<BR></DIV></FONT>
<DIV><FONT face=Arial size=2>The recurrence given in the title of A123937 
follows from the relation</FONT></DIV><FONT face=Arial size=2>
<DIV><BR>    b_d = (1,1,1,1,1,...) = A000012 if d = 0; (j-e) * 
b_{d-1}' if d >= 1.</DIV>
<DIV> </DIV>
<DIV>I know this is a spotty exposition, but I'm sure the loose ends could be 
tied together by a real number theorist.</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2><BR></FONT> </DIV></BODY></HTML>