Гипотеза abc (также известная как гипотеза Остерле-Массера ) — это гипотеза в теории чисел , возникшая в результате обсуждения Джозефа Остерле и Дэвида Массера в 1985 году. [ 1] [2] Она формулируется в терминах трех положительных целых чисел и (отсюда и название), которые относительно просты и удовлетворяют . Гипотеза по существу утверждает, что произведение различных простых делителей обычно не намного меньше . Ряд известных гипотез и теорем теории чисел непосредственно вытекает из гипотезы abc или ее версий. Математик Дориан Голдфельд назвал гипотезу abc «самой важной нерешенной проблемой диофантового анализа ». [3]
Гипотеза abc возникла в результате попыток Остерле и Массера понять гипотезу Шпиро об эллиптических кривых [4] , которая включает в себя больше геометрических структур, 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 основное математическое сообщество до сих пор считает эту гипотезу недоказанной. [5] [6] [7]
Если a , b и c — взаимно простые [примечания 1] положительные целые числа такие, что a + b = c , то получается, что «обычно» . Гипотеза abc касается исключений. В частности, там говорится, что:
Для каждого положительного действительного числа ε существует только конечное число троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел с 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 с a + b = c : [8]
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 в Второй пример довольно особенный: они состоят из чисел, делящихся на большие степени малых простых чисел . Четвертая формулировка:
Для каждого положительного действительного числа ε существует только конечное число троек ( a , b , c ) взаимно простых положительных целых чисел с a + b = c таких, что q ( a , b , c ) > 1 + ε .
Хотя 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 имеют 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, поскольку 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 степени 6 n другими показателями, заставляя b иметь большие квадратные множители, отношение между радикалом и c можно сделать сколь угодно малым. В частности, пусть p > 2 — простое число, и рассмотрим
Теперь можно правдоподобно утверждать, что b делится на p2 :
На последнем шаге используется тот факт, что p 2 делит 2 p ( p −1) − 1. Это следует из маленькой теоремы Ферма , которая показывает, что для p > 2 2 p −1 = pk + 1 для некоторого целого числа k . Возведение обеих частей в степень p показывает, что 2 p ( p −1) = p 2 (...) + 1.
И теперь с аналогичным расчетом, как указано выше, следующие результаты:
Список троек высшего качества (троек с особенно малым радикалом относительно c ) приведен ниже; самое высокое качество, 1,6299, было обнаружено Эриком Рейссатом (Ландо и Звонкин 2004, стр. 137) для
а = 2,
б = 3 10 ·109 =6 436 341 ,
в = 23 5 =6 436 343 ,
рад( abc ) =15 042 .
Некоторые последствия
Гипотеза abc имеет большое количество следствий. К ним относятся как известные результаты (некоторые из которых были доказаны отдельно только с момента формулировки гипотезы), так и гипотезы, для которых она дает условное доказательство . Последствия включают в себя:
Великая теорема Ферма имеет знаменитое трудное доказательство Эндрю Уайлса . Однако это легко следует, по крайней мере для , из эффективной формы слабой версии гипотезы abc . Гипотеза abc утверждает, что lim sup множества всех качеств (определенных выше) равен 1, что подразумевает гораздо более слабое утверждение о том, что существует конечная верхняя граница качеств. Гипотеза о том, что 2 является такой верхней границей, достаточна для очень краткого доказательства Великой теоремы Ферма для . [15]
L -функция L ( s , χ d ) , образованная с помощью символа Лежандра , не имеет нуля Зигеля , учитывая единую версию гипотезы abc в числовых полях , а не только гипотезу abc , сформулированную выше для целых рациональных чисел. [17]
Обобщение теоремы Тайдемана о количестве решений y m = x n + k (теорема Тайдемана отвечает на случай k = 1) и гипотезы Пиллаи (1931) о количестве решений Ay m = Bx n + k .
В качестве эквивалента можно использовать гипотезу Гранвилля-Ланжевена о том, что если f - двоичная форма без квадратов степени n > 2, то для каждого вещественного β > 2 существует константа C ( f , β ) такая, что для всех взаимно простых целых чисел x , y радикал f ( x , y ) превышает C · max{| х |, | y |} п - β . [19]
все многочлены (x^n-1)/(x-1) имеют бесконечное количество свободных от квадратов значений. [20]
В качестве эквивалента можно использовать модифицированную гипотезу Шпиро , которая дает оценку rad( abc ) 1,2+ ε . [1]
Домбровский (1996) показал, что из гипотезы abc следует, что диофантово уравнение n ! + A = k 2 имеет лишь конечное число решений для любого данного целого числа A .
Существуют ~ c f N целые положительные числа n ≤ N , для которых f ( n )/B' не содержит квадратов, причем c f > 0 — положительная константа, определенная как: [21]
Гипотеза Била , обобщение Великой теоремы Ферма, предполагающая, что если A , B , C , x , y и z — положительные целые числа с A x + B y = C z и x , y , z > 2, то A , B , и C имеют общий простой делитель. Гипотеза abc подразумевала бы, что существует лишь конечное число контрпримеров.
Гипотеза Ланга , нижняя оценка высоты некрученной рациональной точки эллиптической кривой.
Отрицательное решение проблемы Эрдеша–Улама о плотных множествах евклидовых точек с рациональными расстояниями. [22]
Гипотеза abc подразумевает, что c может быть ограничено сверху почти линейной функцией радикала abc . Известны экспоненциальные границы . В частности, были доказаны следующие границы:
(Стюарт и Тайдеман, 1986),
(Стюарт и Ю, 1991) и
(Стюарт и Ю, 2001).
В этих границах K 1 и K 3 являются константами , которые не зависят от a , b или c , а K 2 является константой, которая зависит от ε ( эффективно вычислимым образом), но не от a , b или c . Оценки применимы к любой тройке, для которой c > 2.
Существуют также теоретические результаты, которые дают нижнюю границу наилучшей возможной формы гипотезы abc . В частности, Стюарт и Тейдеман (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 Кеннислинк запустил проект ABC@Home , систему грид-вычислений , целью которого является обнаружение дополнительных троек a , b , c с rad( abc ) < в . Хотя никакой конечный набор примеров или контрпримеров не может разрешить гипотезу abc , есть надежда, что закономерности в тройках, обнаруженные в рамках этого проекта, приведут к пониманию гипотезы и теории чисел в более общем плане.
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.
Утонченные формы, обобщения и связанные с ними утверждения
Усиление, предложенное Бейкером (1998), гласит, 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 выше имеет место, когда
Это вдохновило Бейкера (2004) предложить более точную форму гипотезы abc , а именно:
где κ - абсолютная константа. После некоторых вычислительных экспериментов он обнаружил, что значение κ является допустимым . Эта версия называется «явной abc- гипотезой».
Бейкер (1998) также описывает родственные гипотезы Эндрю Грэнвилла , которые дали бы верхние оценки c в виде
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 = рад( abc ). Они предположили, что существует константа C 1 такая, что
тогда как существует константа C 2 такая, что
выполняется бесконечно часто.
Броукин и Бжезинский (1994) сформулировали гипотезу n — версию гипотезы abc, включающую n > 2 целых числа.
Заявленные доказательства
Люсьен Шпиро предложил решение в 2007 году, но вскоре после этого оно было признано неверным. [28]
С августа 2012 года Шиничи Мотидзуки заявил о доказательстве гипотезы Шпиро 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]
Эти статьи не получили широкого признания в математическом сообществе как доказательство abc . [30] Это происходит не только из-за их длины и сложности их понимания, [31] но также и потому, что по крайней мере один конкретный момент в аргументации был определен некоторыми другими экспертами как пробел. [32] Хотя несколько математиков поручились за правильность доказательства [33] и попытались передать 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 переговоров с Мотидзуки. [36] [37]
Хотя они и не разрешили разногласия, они сделали их более четкими. Шольце и Стикс написали отчет, в котором утверждалась и объяснялась ошибка в логике доказательства, а также утверждалось, что образовавшийся пробел был «настолько серьезным, что ... небольшие изменения не спасут стратегию доказательства»; [32]
Мотидзуки утверждал, что они неправильно поняли важные аспекты теории и сделали неверные упрощения. [38] [39] [40]
3 апреля 2020 года два математика из Киотского исследовательского института , где работает Мотидзуки, объявили, что заявленное им доказательство будет опубликовано в журнале института « Публикации Исследовательского института математических наук» . Мотидзуки, главный редактор журнала, отказался от рецензирования статьи. [6] Это заявление было воспринято со скептицизмом Кираном Кедлаем и Эдвардом Френкелем , а издание Nature охарактеризовало его как «маловероятное, что оно переведет многих исследователей в лагерь Мотидзуки». [6] В марте 2021 года доказательство Мотидзуки было опубликовано в RIMS. [41]
^ Когда a + b = c , любой общий фактор двух значений обязательно разделяется третьим. Таким образом, из взаимной простоты a , b , c следует попарная взаимно простая простота a , b , c . Поэтому в данном случае не имеет значения, какую концепцию мы используем.
Рекомендации
^ abc Остерле 1988.
^ Массер 1985.
^ Голдфельд 1996.
^ Фесенко, Иван (сентябрь 2015 г.). «Теория арифметической деформации с помощью арифметических фундаментальных групп и неархимедовых тета-функций, заметки о работе Шиничи Мотидзуки». Европейский журнал математики . 1 (3): 405–440. дои : 10.1007/s40879-015-0066-0 .
^ Аб Болл, Питер (10 сентября 2012 г.). «Доказательство глубокой связи между простыми числами». Природа . дои : 10.1038/nature.2012.11378 . Проверено 19 марта 2018 г.
↑ abc Castelvecchi, Давиде (9 апреля 2020 г.). «Математическое доказательство потрясающей теории чисел будет опубликовано». Природа . 580 (7802): 177. Бибкод : 2020Natur.580..177C. дои : 10.1038/d41586-020-00998-2. PMID 32246118. S2CID 214786566.
^ Гранвилл, Эндрю; Такер, Томас (2002). «Это так же просто, как abc» (PDF) . Уведомления АМС . 49 (10): 1224–1231.
^ Померанс (2008).
^ Гранвилл и Старк (2000).
^ Гипотеза ABC, Фриц Бойкерс, ABC-DAY, Лейден, Утрехтский университет, 9 сентября 2005 г.
^ Моллин (2009); Моллин (2010, стр. 297)
^ Броукин (2000, стр. 10)
^ Гранвилл (1998).
^ 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
^ arXiv : math/0408168 Андреа Суррока, теорема Сигела и гипотеза abc, Riv. Мат. унив. Парма (7) 3, 2004, С. 323–332.
^ "Synthese resultaten", RekenMeeMetABC.nl (на голландском языке), заархивировано из оригинала 22 декабря 2008 г. , получено 3 октября 2012 г..
^ «Данные, собранные sofar», ABC@Home , заархивировано из оригинала 15 мая 2014 г. , получено 30 апреля 2014 г.
^ «100 непобедимых троек». Рекен Ми встретил ABC . 07.11.2010.
^ Бомбьери и Гублер (2006), с. 404.
^ «Теоремы конечности для динамических систем», Люсьен Шпиро, выступление на конференции по L-функциям и автоморфным формам (по случаю 60-летия Дориана Голдфельда), Колумбийский университет, май 2007 г. См. Войт, Питер (26 мая 2007 г.), «Доказательство гипотезы abc?», даже не неверно.
↑ Мотидзуки, Шиничи (4 марта 2021 г.). «Межуниверсальная теория Тейхмюллера IV: вычисления лог-объемов и теоретико-множественные основы». Публикации НИИ математических наук . 57 (1): 627–723. дои : 10.4171/PRIMS/57-1-4. S2CID 3135393.
↑ Калегари, Фрэнк (17 декабря 2017 г.). «Гипотеза ABC (пока) не доказана» . Проверено 17 марта 2018 г.
↑ Ревелл, Тимоти (7 сентября 2017 г.). «Непонятное математическое доказательство ABC теперь имеет непонятное 300-страничное «резюме»». Новый учёный .
^ Аб Шольце, Питер ; Стикс, Джейкоб . «Почему abc — до сих пор остается догадкой» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 февраля 2020 г. Проверено 23 сентября 2018 г.(обновленная версия майского отчета. Архивировано 8 февраля 2020 г. на Wayback Machine )
↑ Фесенко, Иван (28 сентября 2016 г.). «Фукуген». Вывод . 2 (3) . Проверено 30 октября 2021 г.
↑ Конрад, Брайан (15 декабря 2015 г.). «Заметки Брайана Конрада о семинаре IUT в Оксфорде» . Проверено 18 марта 2018 г.
↑ Кастельвекки, Давиде (8 октября 2015 г.). «Самая большая загадка математики: Шиничи Мотидзуки и непостижимое доказательство». Природа . 526 (7572): 178–181. Бибкод : 2015Natur.526..178C. дои : 10.1038/526178a . ПМИД 26450038.
↑ Кларрайх, Эрика (20 сентября 2018 г.). «Столкновение титанов математики из-за эпического доказательства гипотезы ABC». Журнал Кванта .
^ «Дискуссии на IUTeich в марте 2018 г.» . Проверено 2 октября 2018 г.Веб-страница Мотидзуки, описывающая дискуссии и дающая ссылки на последующие публикации и дополнительные материалы.
^ Мотидзуки, Шиничи . «Отчет о дискуссиях, состоявшихся с 15 по 20 марта 2018 г. относительно межуниверсальной теории Тейхмюллера» (PDF) . Проверено 1 февраля 2019 г. ...дискуссии... представляют собой первые подробные,...содержательные дискуссии, касающиеся негативных позиций... ИУТч.
^ Мочизуки, Шиничи (июль 2018 г.). «Комментарии к рукописи Шольце-Стикса, касающейся межуниверсальной теории Тейхмюллера» (PDF) . S2CID 174791744 . Проверено 2 октября 2018 г.
^ Мотидзуки, Шиничи . «Комментарии к рукописи Шольце-Стикса (версия 2018–2008 гг.), касающейся межуниверсальной теории Тейхмюллера» (PDF) . Проверено 2 октября 2018 г.
^ Мотидзуки, Шиничи . «Доказательство Мотидзуки гипотезы ABC» . Проверено 13 июля 2021 г.
Источники
Бейкер, Алан (1998). «Логарифмические формы и abc- гипотеза». В Дьёри, Кальман (ред.). Теория чисел. Диофантовы, вычислительные и алгебраические аспекты. Материалы международной конференции, Эгер, Венгрия, 29 июля – 2 августа 1996 г. Берлин: де Грюйтер. стр. 37–44. ISBN 3-11-015364-5. Збл 0973.11047.
Бейкер, Алан (2004). «Опыты по abc-гипотезе». Публикации Mathematicae Дебрецен . 65 (3–4): 253–260. дои : 10.5486/PMD.2004.3348 . S2CID 253834357.
Бомбьери, Энрико (1994). «Теорема Рота и abc-гипотеза» (Препринт). ETH Цюрих.[ ненадежный источник? ]
Броукин, Ежи (2000). « АВС- гипотеза». В Бамбе, РП; Думир, ВК; Ханс-Гилл, Р.Дж. (ред.). Теория чисел . Тенденции в математике. Базель: Биркхойзер. стр. 75–106. ISBN 3-7643-6259-6.
Домбровский, Анджей (1996). «О диофантовом уравнении x !+ A = y2 » . Новый архив Вискунде, IV . 14 : 321–324. Збл 0876.11015.
Элкис, Северная Дакота (1991). «ABC подразумевает Морделла». Уведомления о международных математических исследованиях . 1991 (7): 99–109. дои : 10.1155/S1073792891000144 .
Фрей, Герхард (1997). «О троичных уравнениях типа Ферма и связях с эллиптическими кривыми». Модульные формы и Великая теорема Ферма . Нью-Йорк: Спрингер. стр. 527–548. ISBN 0-387-94609-8.
Гранвилл, А. (1998). «ABC позволяет нам считать квадраты» (PDF) . Уведомления о международных математических исследованиях . 1998 (19): 991–1009. дои : 10.1155/S1073792898000592 .
Гранвилл, Эндрю ; Старк, Х. (2000). «ABC не подразумевает никаких «нулей Зигеля» для L-функций символов с отрицательным показателем» (PDF) . Математические изобретения . 139 (3): 509–523. Бибкод : 2000InMat.139..509G. дои : 10.1007/s002229900036. S2CID 6901166.
Ландо, Сергей К.; Звонкин, Александр К. (2004). «Графы на поверхностях и их приложениях». Энциклопедия математических наук: Маломерная топология II . Том. 141. Шпрингер-Верлаг. ISBN 3-540-00203-0.
Ланжевен, М. (1993). «Cas d'égalité pour le theorème de Mason etapplications de la abc ABBC ». Comptes rendus de l'Académie des Sciences (на французском языке). 317 (5): 441–444.
Массер, Д.В. (1985). «Открытые проблемы». Ин Чен, WWL (ред.). Труды симпозиума по аналитической теории чисел . Лондон: Имперский колледж.
Моллин, РА (2009). «Заметка об ABC-гипотезе» (PDF) . Дальневосточный журнал математических наук . 33 (3): 267–275. ISSN 0972-0871. Збл 1241.11034. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 14 июня 2013 г.
Моллин, Ричард А. (2010). Расширенная теория чисел с приложениями . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1-4200-8328-6. Збл 1200.11002.
ван Франкенхейсен, Махиэль (2000). «Нижняя граница в гипотезе abc». Дж. Теория чисел . 82 (1): 91–95. дои : 10.1006/jnth.1999.2484 . МР 1755155.
Ван Франкенхейсен, Махиел (2002). «Гипотеза ABC подразумевает неравенство высоты Войты для кривых». Дж. Теория чисел . 95 (2): 289–302. дои : 10.1006/jnth.2001.2769 . МР 1924103.
Вальдшмидт, Мишель (2015). «Лекция о гипотезе abc и некоторых ее последствиях» (PDF) . Математика в 21 веке . Спрингерские труды по математике и статистике. Том. 98. стр. 211–230. дои : 10.1007/978-3-0348-0859-0_13. ISBN 978-3-0348-0858-3.