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新聞
2022-11-23 04:31:17
日報

兩大數學難題

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年輕時我的志向是當上數學教授,但事與願違,在意想不到情況下,走上了仕途。我主要興趣是純數學,與應用數學相反,沒有考慮任何應用目的,接近藝術和哲學。其後,在我繁忙公務情況下,我都特別關注公認數學上兩大聖杯(極難破解的難題),是否被數學家找到終極破解方案。

「費馬猜想」長久以來,公論認為聖杯首選。稍後會講述數學家如何經過三百多年,在二十世紀將盡終於破解。

緊隨其後,是第二位的「黎曼猜想」,克萊數學研究所(Clay Mathematics Institute)特別懸紅百萬美元鼓勵數學家尋找答案。黎曼 (Bernhard Riemann)是十九世紀一個德國數學家。他於1859年發表關於質數計數函數的論文,包含「黎曼猜想」的原始陳述。華裔數學家張益唐先前在一篇公開發表長達111頁的論文,强力暗示「黎曼猜想」是正確的。張益唐於上星期在北京參與知乎網與參與者互動,解答有關垂詢。詳情於下星期本欄交代。
 

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兩大數學難題

兩大數學難題

「費馬猜想」是十七世紀法國數學家費馬(Pierre de Fermat)首先以註釋的形式提出的一個定理,該註釋是在他抄襲古希臘文本《算術》副本有關丟番圖方程(Diophantine equation)在頁邊空白處潦草寫下,在他死後才發現,原件已丟失。然而,費馬兒子出版的一本書中保存了一份副本,內有費馬聲稱已經發現對於(n>2) 的丟番圖方程 x^n+y^n=z^n沒有整數解的證明,因為自古以來就知道n=1和n=2的情況有無窮多個解答。他寫著 「我已經發現了這個定理的一個真正了不起證明,但這本書邊距太小,無法完整包含它」。幾個世紀以來,數學家們都對此說法感到困惑,因為沒有人能夠證明或反駁費馬猜想。

到1993年,在計算機幫助下,所有質數n<4,000,000的情況都得到了證實。當同時,數學家們已經發現一個特例,即志村-谷山-韋伊猜想(Shimura-Taniyama-Weil Conjecture),並總結到,如果能夠證明這個猜想,等同證明費馬猜想。
 

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英國數學家懷爾斯(Andrew Wiles)在1993年提出了Shimura-Taniyama-Weil猜想的證明。然而,在覆檢時發現了一個錯誤。初時以為可以很快便能糾正過來。但很快便發現這個錯誤引發一些很難彌補的其他破綻。在束手無策情況下,他召喚一個以前的學生幫助。經過兩年的煎熬,無數次打算放棄之際,直至某一天靈光一閃,懷爾斯發現解决問題癥結,就在眼皮底。只是欠缺一道橋樑把讓所有未能解破的錯誤完全糾正過來。終於1995年在《數學年鑑》雜誌上,發表費馬猜想是對的完整解答。

這個經歷三個世紀卻沒法得到證明的難題,讓許多數學家懷疑費馬是否確實因為邊距太小,而無法寫下他的證明。

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