stringtranslate.com

гипотеза abc

Математик Джозеф Остерле
Математик Дэвид Массер

Гипотеза abc (также известная как гипотеза Эстерле–Массера ) — гипотеза в теории чисел , возникшая в результате дискуссии Джозефа Эстерле и Дэвида Массера в 1985 году. [1] [2] Она сформулирована в терминах трех положительных целых чисел и (отсюда и название), которые являются взаимно простыми и удовлетворяют . Гипотеза по сути утверждает, что произведение различных простых множителей обычно не намного меньше . Ряд известных гипотез и теорем в теории чисел немедленно вытекают из гипотезы abc или ее версий. Математик Дориан Голдфельд описал гипотезу abc как «самую важную нерешенную проблему в диофантовом анализе ». [3]

Гипотеза abc возникла как результат попыток Эстерле и Массера понять гипотезу Шпиро об эллиптических кривых , [4] которая включает в себя больше геометрических структур в своем утверждении, чем гипотеза abc . Было показано, что гипотеза abc эквивалентна модифицированной гипотезе Шпиро. [1]

Были предприняты различные попытки доказать гипотезу abc , но ни одна из них не получила широкого признания. Шиничи Мочизуки заявил, что у него есть доказательство в 2012 году, но гипотеза до сих пор считается недоказанной основным математическим сообществом. [5] [6] [7]

Формулировки

Прежде чем сформулировать гипотезу, необходимо ввести понятие радикала целого числа : для положительного целого числа радикал числа , обозначаемый , является произведением различных простых множителей числа . Например,

Если a , b , и c являются взаимно простыми [примечания 1] положительными целыми числами, такими что a + b = c , то оказывается, что "обычно" . Гипотеза abc имеет дело с исключениями. В частности, она утверждает, что:

Для каждого положительного действительного числа ε существует лишь конечное число троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел, причем a + b = c , таких, что [8]

Эквивалентная формулировка:

Для каждого положительного действительного числа ε существует константа K ε такая, что для всех троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел, где a + b = c : [8]

Эквивалентно (используя обозначение с маленькой буквой «о» ):

Для всех троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел, где a + b = c , rad( abc ) не меньше c 1- o (1) .

Четвертая эквивалентная формулировка гипотезы включает качество q ( a , b , c ) тройки ( a , b , c ), которое определяется как

Например:

q (4, 127, 131) = log(131) / log(рад(4·127·131)) = log(131) / log(2·127·131) = 0,46820...
q (3, 125, 128) = log(128) / log(рад(3·125·128)) = log(128) / log(30) = 1,426565...

Типичная тройка ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел с a + b = c будет иметь c < rad( abc ), т.е. q ( a , b , c ) < 1. Тройки с q > 1, такие как во втором примере, довольно особенные, они состоят из чисел, делящихся на высокие степени малых простых чисел . Четвертая формулировка:

Для каждого положительного действительного числа ε существует лишь конечное число троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел, где a + b = c, таких, что q ( a , b , c ) > 1 + ε .

В то время как известно, что существует бесконечно много троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел с a + b = c, таких что q ( a , b , c ) > 1, гипотеза предсказывает, что только конечное число из них имеет q > 1,01 или q > 1,001 или даже q > 1,0001 и т. д. В частности, если гипотеза верна, то должна существовать тройка ( a , b , c ), которая достигает максимально возможного качества q ( a , b , c ).

Примеры троек с малым радикалом

Условие ε > 0 необходимо, так как существует бесконечно много троек a , b , c с c > rad( abc ). Например, пусть

Целое число b делится на 9:

Используя этот факт, производится следующий расчет:

Заменяя показатель 6 n другими показателями, заставляющими b иметь большие квадратные множители, отношение между радикалом и c можно сделать сколь угодно малым. В частности, пусть p > 2 будет простым числом и рассмотрим

Теперь можно с полным основанием утверждать, что b делится на p 2 :

Последний шаг использует тот факт, что p 2 делит 2 p ( p −1)  − 1. Это следует из малой теоремы Ферма , которая показывает, что при p  > 2, 2 p −1  =  pk  + 1 для некоторого целого числа k . Возведение обеих сторон в степень p затем показывает, что 2 p ( p −1)  =  p 2 (...) + 1.

И теперь, при аналогичном расчете, как указано выше, получаем следующие результаты:

Список троек наивысшего качества (троек с особенно малым радикалом относительно c ) приведен ниже; наивысшее качество, 1,6299, было найдено Эриком Рейссатом (Ландо и Звонкин 2004, стр. 137) для

а = 2,
б = 3 10 · 109 =6 436 341 ,
с = 23 5 =6 436 343 ,
рад( абв ) =15 042 .

Некоторые последствия

Гипотеза abc имеет большое количество следствий. Они включают как известные результаты (некоторые из которых были доказаны отдельно только после того, как была высказана гипотеза), так и гипотезы, для которых она дает условное доказательство . Следствия включают:

Теоретические результаты

Гипотеза abc подразумевает, что c может быть ограничена сверху почти линейной функцией радикала abc . Известны оценки, которые являются экспоненциальными . В частности, были доказаны следующие оценки:

(Стюарт и Тейдеман, 1986),
(Стюарт и Ю, 1991) и
(Стюарт и Ю, 2001).

В этих границах K 1 и K 3 являются константами , не зависящими от a , b или c , а K 2 является константой, зависящей от ε ( эффективно вычислимым образом), но не от a , b или c . Границы применимы к любой тройке, для которой c > 2.

Существуют также теоретические результаты, которые дают нижнюю границу для наилучшей возможной формы гипотезы abc . В частности, Стюарт и Тиджеман (1986) показали, что существует бесконечно много троек ( a , b , c ) взаимно простых целых чисел с a + b = c и

для всех k < 4. Константа k была улучшена до k = 6,068 Ван Франкенхейзеном (2000).

Результаты вычислений

В 2006 году математический факультет Лейденского университета в Нидерландах совместно с голландским научным институтом Kennislink запустил проект ABC@Home , систему сетевых вычислений , целью которой является обнаружение дополнительных троек a , b , c с rad( abc ) < c . Хотя никакой конечный набор примеров или контрпримеров не может разрешить гипотезу abc , есть надежда, что закономерности в тройках, обнаруженные в ходе этого проекта, приведут к пониманию гипотезы и теории чисел в целом.

По состоянию на май 2014 года ABC@Home обнаружила 23,8 миллиона троек. [25]

Примечание: качество q ( a , b , c ) тройки ( a , b , c ) определено выше.

Уточненные формы, обобщения и связанные с ними утверждения

Гипотеза abc является целочисленным аналогом теоремы Мейсона–Стозерса для многочленов.

Усиление, предложенное Бейкером (1998), утверждает, что в гипотезе abc можно заменить rad( abc ) на

ε ω рад( abc ),

где ω — общее количество различных простых чисел, делящих a , b и c . [27]

Эндрю Грэнвилл заметил, что минимум функции над достигается, когда

Это вдохновило Бейкера (2004) предложить более точную форму гипотезы abc , а именно:

с κ — абсолютной константой. После некоторых вычислительных экспериментов он обнаружил, что значение было допустимым для κ . Эта версия называется «явной гипотезой abc ».

Бейкер (1998) также описывает родственные гипотезы Эндрю Грэнвилла , которые дали бы верхние границы для c в форме

где Ω( n ) — общее количество простых множителей числа n , а

где Θ( n ) — количество целых чисел до n, делящихся только на простые числа, делящие n .

Роберт, Стюарт и Тененбаум (2014) предложили более точное неравенство, основанное на Роберте и Тененбаум (2013). Пусть k = rad( abc ). Они предположили, что существует константа C 1 такая, что

выполняется, тогда как существует константа C 2 такая, что

выполняется бесконечно часто.

Браукин и Бжезинский (1994) сформулировали гипотезу n — версию гипотезы abc , включающую n > 2 целых чисел.

Заявленные доказательства

Люсьен Спиро предложил решение в 2007 году, но вскоре после этого оно было признано неверным. [28]

С августа 2012 года Шиничи Мочизуки заявил о доказательстве гипотезы Спиро и, следовательно, гипотезы abc . [5] Он выпустил серию из четырех препринтов, развивающих новую теорию, которую он назвал межуниверсальной теорией Тейхмюллера (IUTT), которая затем применяется для доказательства гипотезы abc . [29] Статьи не были широко приняты математическим сообществом как предоставляющие доказательство abc . [30] Это произошло не только из-за их длины и сложности их понимания, [31] но и потому, что по крайней мере один конкретный момент в аргументации был определен как пробел некоторыми другими экспертами. [32] Хотя несколько математиков поручились за правильность доказательства [33] и попытались донести свое понимание через семинары по IUTT, им не удалось убедить сообщество теории чисел в целом. [34] [35]

В марте 2018 года Питер Шольце и Якоб Стикс посетили Киото для дискуссий с Мочизуки. [36] [37] Хотя они не разрешили разногласия, они сделали их более ясными. Шольце и Стикс написали отчет, в котором утверждали и объясняли ошибку в логике доказательства и утверждали, что образовавшийся разрыв был «настолько серьезным, что ... небольшие изменения не спасут стратегию доказательства»; [32] Мочизуки утверждал, что они неправильно поняли важные аспекты теории и сделали недействительные упрощения. [38] [39] [40]

3 апреля 2020 года два математика из Киотского научно-исследовательского института , где работает Мочизуки, объявили, что его заявленное доказательство будет опубликовано в Publications of the Research Institute for Mathematical Sciences , журнале института. Мочизуки является главным редактором журнала, но отказался от рецензирования статьи. [6] Это объявление было воспринято скептически Кираном Кедлайей и Эдвардом Френкелем , а также было описано журналом Nature как «маловероятное для многих исследователей, перешедших в лагерь Мочизуки». [6] В марте 2021 года доказательство Мочизуки было опубликовано в RIMS. [41]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Когда a + b = c , любой общий множитель двух значений обязательно разделяется третьим. Таким образом, взаимная простота a , b , c подразумевает попарную взаимную простоту a , b , c . Поэтому в этом случае неважно, какое понятие мы используем .

Ссылки

  1. ^ abc Oesterlé 1988.
  2. ^ Массер 1985.
  3. ^ Голдфельд 1996.
  4. ^ Фесенко, Иван (сентябрь 2015 г.). «Арифметическая теория деформаций через арифметические фундаментальные группы и неархимедовы тета-функции, заметки о работе Шиничи Мочизуки». European Journal of Mathematics . 1 (3): 405–440. doi : 10.1007/s40879-015-0066-0 .
  5. ^ ab Ball, Peter (10 сентября 2012 г.). «Доказательство глубокой связи между простыми числами». Nature . doi : 10.1038/nature.2012.11378 . Получено 19 марта 2018 г. .
  6. ^ abc Castelvecchi, Davide (9 апреля 2020 г.). «Математическое доказательство, которое потрясло теорию чисел, будет опубликовано». Nature . 580 (7802): 177. Bibcode :2020Natur.580..177C. doi :10.1038/d41586-020-00998-2. PMID  32246118. S2CID  214786566.
  7. Дополнительный комментарий П. Шольце на сайте Not Even Wrong math.columbia.edu [ самостоятельно опубликованный источник? ]
  8. ^ abc Вальдшмидт 2015.
  9. ^ Бомбьери (1994), стр.  [ нужна страница ] .
  10. ^ Элки (1991).
  11. ^ Ван Франкенхейсен (2002).
  12. ^ Ланжевен (1993).
  13. ^ Сильверман (1988).
  14. ^ Нитадж (1996).
  15. ^ Грэнвилл, Эндрю; Такер, Томас (2002). «Это так просто, как abc» (PDF) . Уведомления AMS . 49 (10): 1224–1231.
  16. ^ Померанс (2008).
  17. ^ Грэнвилл и Старк (2000).
  18. ^ Гипотеза ABC, Фриц Бойкерс, ABC-DAY, Лейден, Утрехтский университет, 9 сентября 2005 г.
  19. ^ Моллин (2009); Моллин (2010, стр. 297)
  20. ^ Браукин (2000, стр. 10)
  21. ^ Грэнвилл (1998).
  22. ^ Пастен, Гектор (2017), «Определимость орбит Фробениуса и результат на рациональных множествах расстояний», Monatshefte für Mathematik , 182 (1): 99–126, doi : 10.1007/s00605-016-0973-2, MR  3592123, S2CID  7805117
  23. ^ arXiv :math/0408168 Андреа Суррока, Теорема Зигеля и гипотеза abc, Riv. Mat. Univ. Parma (7) 3, 2004, S. 323–332
  24. ^ "Synthese resultaten", RekenMeeMetABC.nl (на голландском), заархивировано из оригинала 22 декабря 2008 г. , извлечено 3 октября 2012 г..
  25. ^ "Данные, собранные sofar", ABC@Home , архивировано из оригинала 15 мая 2014 г. , извлечено 30 апреля 2014 г.
  26. ^ «100 непобедимых троек». Рекен Ми встретил ABC . 07.11.2010.
  27. ^ Бомбьери и Гублер (2006), с. 404.
  28. ^ "Теоремы конечности для динамических систем", Люсьен Спиро, доклад на конференции по L-функциям и автоморфным формам (по случаю 60-летия Дориана Голдфельда), Колумбийский университет, май 2007 г. См. Woit, Peter (26 мая 2007 г.), "Доказательство гипотезы abc?", Not Even Wrong.
  29. ^ Mochizuki, Shinichi (4 марта 2021 г.). «Inter-universal Teichmüller Theory IV: Log-Volume Computations and Set-Theoretic Foundations». Публикации Научно-исследовательского института математических наук . 57 (1): 627–723. doi :10.4171/PRIMS/57-1-4. S2CID  3135393.
  30. ^ Калегари, Фрэнк (17 декабря 2017 г.). «Гипотеза ABC (все еще) не доказана» . Получено 17 марта 2018 г.
  31. ^ Ревелл, Тимоти (7 сентября 2017 г.). «Озадачивающее доказательство математики ABC теперь имеет непостижимое 300-страничное «резюме». New Scientist .
  32. ^ ab Шольце, Питер ; Стикс, Якоб . «Почему abc все еще является гипотезой» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 февраля 2020 г. Получено 23 сентября 2018 г.(обновленная версия их майского отчета, архив 2020-02-08 на Wayback Machine )
  33. Фесенко, Иван (28 сентября 2016 г.). «Фукуген». Вывод . 2 (3) . Проверено 30 октября 2021 г.
  34. ^ Конрад, Брайан (15 декабря 2015 г.). «Заметки о семинаре Oxford IUT Брайана Конрада» . Получено 18 марта 2018 г.
  35. ^ Кастельвекки, Давиде (8 октября 2015 г.). «Самая большая загадка в математике: Шиничи Мочизуки и непроницаемое доказательство». Nature . 526 (7572): 178–181. Bibcode :2015Natur.526..178C. doi : 10.1038/526178a . PMID  26450038.
  36. ^ Кларрайх, Эрика (20 сентября 2018 г.). «Титаны математики сражаются за эпическое доказательство гипотезы ABC». Журнал Quanta .
  37. ^ "Обсуждения IUTeich за март 2018 г." . Получено 2 октября 2018 г.Веб-страница Мочизуки, описывающая обсуждения и дающая ссылки на последующие публикации и дополнительные материалы.
  38. ^ Мочизуки, Шиничи . «Отчет о дискуссиях, состоявшихся в период с 15 по 20 марта 2018 г. относительно межуниверсумной теории Тейхмюллера» (PDF) . Получено 1 февраля 2019 г. ... дискуссии ... представляют собой первые подробные, ... содержательные дискуссии, касающиеся отрицательных позиций ... IUTch.
  39. ^ Mochizuki, Shinichi (июль 2018 г.). «Комментарии к рукописи Шольце-Стикса относительно межуниверсальной теории Тейхмюллера» (PDF) . S2CID  174791744 . Получено 2 октября 2018 г. .
  40. ^ Мочизуки, Шиничи . «Комментарии к рукописи (версия 2018-08) Шольце-Стикса относительно межуниверсальной теории Тейхмюллера» (PDF) . Получено 2 октября 2018 г.
  41. ^ Мочизуки, Шиничи . «Доказательство Мочизуки гипотезы ABC» . Получено 13 июля 2021 г.

Источники

Внешние ссылки