загадочная сложность теории чисел
Oct. 7th, 2017 12:53 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
avvaThe enigmatic complexity of number theory
Вопрос, который я сам себе не раз задавал, но насчет которого я тем не менее не уверен в том, насколько он осмыслен и интересен. Теория чисел - часть математики, которая изучает свойства целых чисел - вроде бы выделяется на фоне всех других математических дисциплин феноменальным количеством задач, которые просто сформулировать, но сложно решить. Сюда конечно относятся теорема Ферма и другие очень простые по формулировке и еще не решенные проблемы (гипотеза Гольдбаха: любое четное число можно представить в виде суммы двух простых; гипотеза о простых числах-близнецах, гипотеза Коллатца). Но по-моему дело не только в нерешенных или супер-тяжелых проблемах; теория чисел поражает также тем, как очень простые по формулировке утверждения требуют для своего доказательства "тяжелой артиллерии" из казалось бы, наивно говоря, более продвинутых областей математики.
В обсуждении по ссылке Скотт Ааронсон предлагает следующий ответ: арифметических действий с целыми числами достаточно, чтобы воплотить любой возможный алгоритм; отсюда следует, что уже даже относительно простые утверждения о целых числах могут упираться в фундаментальные ограничения типа "это невозможно доказать в принципе": теоремы Геделя о неполноте, неразрешимость проблемы остановки итп. Таким образом, в теории чисел неразрешимые задачи лежат буквально за углом, и расстояние о тривиальных фактов до них относительно невелико. Поэтому быстро приходят к сложным вопросам, которые еще разрешимы (скорее всего), но уже близки к неразрешимым.
Не уверен, что мне нравится этот ответ: то, что диофантовы уравнения упираются в неразрешимость в общем виде, это одно; а то, что мы не знаем, как решать даже очень просто выглядящие такие конкретные уравнения (пример из обсуждения: x^3+y^3 = z^3+33, неизвестно, есть ли решение у этого уравнения в целых числах) - другое, и мне не кажется очевидным, что эти две сложности друг с другом связаны. Но другого ответа у меня нет. Более того, нет даже уверенности, что этот вопрос осмыслен - возможно, это артефакт того, как мы определяем различные дисциплины в математике и то, что в них считается базисным-тривиальным?
Вопрос, который я сам себе не раз задавал, но насчет которого я тем не менее не уверен в том, насколько он осмыслен и интересен. Теория чисел - часть математики, которая изучает свойства целых чисел - вроде бы выделяется на фоне всех других математических дисциплин феноменальным количеством задач, которые просто сформулировать, но сложно решить. Сюда конечно относятся теорема Ферма и другие очень простые по формулировке и еще не решенные проблемы (гипотеза Гольдбаха: любое четное число можно представить в виде суммы двух простых; гипотеза о простых числах-близнецах, гипотеза Коллатца). Но по-моему дело не только в нерешенных или супер-тяжелых проблемах; теория чисел поражает также тем, как очень простые по формулировке утверждения требуют для своего доказательства "тяжелой артиллерии" из казалось бы, наивно говоря, более продвинутых областей математики.
В обсуждении по ссылке Скотт Ааронсон предлагает следующий ответ: арифметических действий с целыми числами достаточно, чтобы воплотить любой возможный алгоритм; отсюда следует, что уже даже относительно простые утверждения о целых числах могут упираться в фундаментальные ограничения типа "это невозможно доказать в принципе": теоремы Геделя о неполноте, неразрешимость проблемы остановки итп. Таким образом, в теории чисел неразрешимые задачи лежат буквально за углом, и расстояние о тривиальных фактов до них относительно невелико. Поэтому быстро приходят к сложным вопросам, которые еще разрешимы (скорее всего), но уже близки к неразрешимым.
Не уверен, что мне нравится этот ответ: то, что диофантовы уравнения упираются в неразрешимость в общем виде, это одно; а то, что мы не знаем, как решать даже очень просто выглядящие такие конкретные уравнения (пример из обсуждения: x^3+y^3 = z^3+33, неизвестно, есть ли решение у этого уравнения в целых числах) - другое, и мне не кажется очевидным, что эти две сложности друг с другом связаны. Но другого ответа у меня нет. Более того, нет даже уверенности, что этот вопрос осмыслен - возможно, это артефакт того, как мы определяем различные дисциплины в математике и то, что в них считается базисным-тривиальным?
no subject
Date: 2017-10-09 07:46 pm (UTC)Математически это условие формулируется так:
x,y,z ∈ Z
no subject
Date: 2017-10-09 10:03 pm (UTC)Чтобы было яснее. Допустим у нас есть условие на четность числа. Тогда мы либо можем пойти вашим путем и сказать, что x ∈ E (где E - список четных чисел), либо указать, что x ÷ 2 = 0. Второе условие является уравнением и дает полезную информацию, тогда как первое условие определяет просто бесконечный список. Проверять есть ли в бесконечном списке наше число можно бесконечно, если не знать как перевести ваше утверждение в форму уравнения
no subject
Date: 2017-10-10 02:20 am (UTC)Во-вторых, ваше уравнение "x ÷ 2 = 0" (на самом деле x mod 2 = 0) значит x: ∃ k ∈ Z, 2k = x, что по сути никак не отличается от x ∈ E = {2k, k ∈ Z}.
Ну и вообще весь этот разговор не в тему. Задача выглядит так:
Есть счётное множество Z = {0, 1, −1, 2, −2, ..., 33, ...}.
Есть отображения куб : Z → Z и сумма : (Z, Z) → Z, легко вычислимые для любых элементов Z.
Нужно найти такие элементы x, y, z из множества Z, для которых выполняется сумма(куб(x), куб(y)) = сумма(куб(z), 33), или доказать, что ни для каких не выполняется.
no subject
Date: 2017-10-10 12:50 pm (UTC)no subject
Date: 2017-10-10 12:44 pm (UTC)Это не проверка так формулируется, а условие, которое накладывается на x. Проверка - дело более сложное, не спорю.
no subject
Date: 2017-10-10 02:00 pm (UTC)1) либо разработать аналогичные инструменты, потратив неопределенное количество времени
2) либо навести мост в виде проверки