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國際數學最新研究成果

發布時間:2021-06-08 17:12:41

A. 希爾伯特在第二屆國際數學家大會上提出了20世紀數學家應當努力解決的23個數學問題,

在1900年巴黎國際數學家代表大會上,希爾伯特發表了題為《數學問題》的著名講演。他根據過去特別是十九世紀數學研究的成果和發展趨勢,提出了23個最重要的數學問題。這23個問題通稱希爾伯特問題,後來成為許多數學家力圖攻克的難關,對現代數學的研究和發展產生了深刻的影響,並起了積極的推動作用,希爾伯特問題中有些現已得到圓滿解決,有些至今仍未解決。他在講演中所闡發的想信每個數學問題都可以解決的信念,對於數學工作者是一種巨大的鼓舞。希爾伯特的23個問題分屬四大塊:第1到第6問題是數學基礎問題;第7到第12問題是數論問題;第13到第18問題屬於代數和幾何問題;第19到第23問題屬於數學分析。
(1)康托的連續統基數問題。
1874年,康托猜測在可數集基數和實數集基數之間沒有別的基數,即著名的連續統假設。1938年,僑居美國的奧地利數理邏輯學家哥德爾證明連續統假設與ZF集合論公理系統的無矛盾性。1963年,美國數學家科思(P.Choen)證明連續統假設與ZF公理彼此獨立。因而,連續統假設不能用ZF公理加以證明。在這個意義下,問題已獲解決。
(2)算術公理系統的無矛盾性。
歐氏幾何的無矛盾性可以歸結為算術公理的無矛盾性。希爾伯特曾提出用形式主義計劃的證明論方法加以證明,哥德爾1931年發表不完備性定理作出否定。根茨(G.Gentaen,1909-1945)1936年使用超限歸納法證明了算術公理系統的無矛盾性。
(3)只根據合同公理證明等底等高的兩個四面體有相等之體積是不可能的。
問題的意思是:存在兩個登高等底的四面體,它們不可能分解為有限個小四面體,使這兩組四面體彼此全等德思(M.Dehn)1900年已解決。
(4)兩點間以直線為距離最短線問題。
此問題提的一般。滿足此性質的幾何很多,因而需要加以某些限制條件。1973年,蘇聯數學家波格列洛夫(Pogleov)宣布,在對稱距離情況下,問題獲解決。
(5)拓撲學成為李群的條件(拓撲群)。
這一個問題簡稱連續群的解析性,即是否每一個局部歐氏群都一定是李群。1952年,由格里森(Gleason)、蒙哥馬利(Montgomery)、齊賓(Zippin)共同解決。1953年,日本的山邁英彥已得到完全肯定的結果。
(6)對數學起重要作用的物理學的公理化。
1933年,蘇聯數學家柯爾莫哥洛夫將概率論公理化。後來,在量子力學、量子場論方面取得成功。但對物理學各個分支能否全盤公理化,很多人有懷疑。
(7)某些數的超越性的證明。
需證:如果α是代數數,β是無理數的代數數,那麼αβ一定是超越數或至少是無理數(例如,2√2和eπ)。蘇聯的蓋爾封特(Gelfond)1929年、德國的施奈德(Schneider)及西格爾(Siegel)1935年分別獨立地證明了其正確性。但超越數理論還遠未完成。目前,確定所給的數是否超越數,尚無統一的方法。
(8)素數分布問題,尤其對黎曼猜想、哥德巴赫猜想和孿生素共問題。
素數是一個很古老的研究領域。希爾伯特在此提到黎曼(Riemann)猜想、哥德巴赫(Goldbach)猜想以及孿生素數問題。黎曼猜想至今未解決。哥德巴赫猜想和孿生素數問題目前也未最終解決,其最佳結果均屬中國數學家陳景潤。
(9)一般互反律在任意數域中的證明。
1921年由日本的高木貞治,1927年由德國的阿廷(E.Artin)各自給以基本解決。而類域理論至今還在發展之中。
(10)能否通過有限步驟來判定不定方程是否存在有理整數解?
求出一個整數系數方程的整數根,稱為丟番圖(約210-290,古希臘數學家)方程可解。1950年前後,美國數學家戴維斯(Davis)、普特南(Putnan)、羅賓遜(Robinson)等取得關鍵性突破。1970年,巴克爾(Baker)、費羅斯(Philos)對含兩個未知數的方程取得肯定結論。1970年。蘇聯數學家馬蒂塞維奇最終證明:在一般情況答案是否定的。盡管得出了否定的結果,卻產生了一系列很有價值的副產品,其中不少和計算機科學有密切聯系。
(11)一般代數數域內的二次型論。
德國數學家哈塞(Hasse)和西格爾(Siegel)在20年代獲重要結果。60年代,法國數學家魏依(A.Weil)取得了新進展。
(12)類域的構成問題。
即將阿貝爾域上的克羅內克定理推廣到任意的代數有理域上去。此問題僅有一些零星結果,離徹底解決還很遠。
(13)一般七次代數方程以二變數連續函數之組合求解的不可能性。
七次方程x7+ax3+bx2+cx+1=0的根依賴於3個參數a、b、c;x=x(a,b,c)。這一函數能否用兩變數函數表示出來?此問題已接近解決。1957年,蘇聯數學家阿諾爾德(Arnold)證明了任一在〔0,1〕上連續的實函數f(x1,x2,x3)可寫成形式∑hi(ξi(x1,x2),x3)(i=1--9),這里hi和ξi為連續實函數。柯爾莫哥洛夫證明f(x1,x2,x3)可寫成形式∑hi(ξi1(x1)+ξi2(x2)+ξi3(x3))(i=1--7)這里hi和ξi為連續實函數,ξij的選取可與f完全無關。1964年,維土斯金(Vituskin)推廣到連續可微情形,對解析函數情形則未解決。
(14)某些完備函數系的有限的證明。
即域K上的以x1,x2,…,xn為自變數的多項式fi(i=1,…,m),R為K〔X1,…,Xm]上的有理函數F(X1,…,Xm)構成的環,並且F(f1,…,fm)∈K[x1,…,xm]試問R是否可由有限個元素F1,…,FN的多項式生成?這個與代數不變數問題有關的問題,日本數學家永田雅宜於1959年用漂亮的反例給出了否定的解決。
(15)建立代數幾何學的基礎。
荷蘭數學家范德瓦爾登1938年至1940年,魏依1950年已解決。
注一舒伯特(Schubert)計數演算的嚴格基礎。
一個典型的問題是:在三維空間中有四條直線,問有幾條直線能和這四條直線都相交?舒伯特給出了一個直觀的解法。希爾伯特要求將問題一般化,並給以嚴格基礎。現在已有了一些可計算的方法,它和代數幾何學有密切的關系。但嚴格的基礎至今仍未建立。
(16)代數曲線和曲面的拓撲研究。
此問題前半部涉及代數曲線含有閉的分枝曲線的最大數目。後半部要求討論備dx/dy=Y/X的極限環的最多個數N(n)和相對位置,其中X、Y是x、y的n次多項式。對n=2(即二次系統)的情況,1934年福羅獻爾得到N(2)≥1;1952年鮑廷得到N(2)≥3;1955年蘇聯的波德洛夫斯基宣布N(2)≤3,這個曾震動一時的結果,由於其中的若干引理被否定而成疑問。關於相對位置,中國數學家董金柱、葉彥謙1957年證明了(E2)不超過兩串。1957年,中國數學家秦元勛和蒲富金具體給出了n=2的方程具有至少3個成串極限環的實例。1978年,中國的史松齡在秦元勛、華羅庚的指導下,與王明淑分別舉出至少有4個極限環的具體例子。1983年,秦元勛進一步證明了二次系統最多有4個極限環,並且是(1,3)結構,從而最終地解決了二次微分方程的解的結構問題,並為研究希爾伯特第(16)問題提供了新的途徑。
(17)半正定形式的平方和表示。
實系數有理函數f(x1,…,xn)對任意數組(x1,…,xn)都恆大於或等於0,確定f是否都能寫成有理函數的平方和?1927年阿廷已肯定地解決。
(18)用全等多面體構造空間。
德國數學家比貝爾巴赫(Bieberbach)1910年,萊因哈特(Reinhart)1928年作出部分解決。
(19)正則變分問題的解是否總是解析函數?
德國數學家伯恩斯坦(Bernrtein,1929)和蘇聯數學家彼德羅夫斯基(1939)已解決。
(20)研究一般邊值問題。
此問題進展迅速,己成為一個很大的數學分支。日前還在繼讀發展。
(21)具有給定奇點和單值群的Fuchs類的線性微分方程解的存在性證明。
此問題屬線性常微分方程的大范圍理論。希爾伯特本人於1905年、勒爾(H.Rohrl)於1957年分別得出重要結果。1970年法國數學家德利涅(Deligne)作出了出色貢獻。
(22)用自守函數將解析函數單值化。
此問題涉及艱深的黎曼曲面理論,1907年克伯(P.Koebe)對一個變數情形已解決而使問題的研究獲重要突破。其它方面尚未解決。
(23)發展變分學方法的研究。

資料來源:http://..com/link?url=-tdQ8NBZC_XURthwNqtV7bpJ0ge-BFXxdKlzHyQEBWFzCSXPa

B. 華羅庚在數學領域的主要貢獻及科研成果

華羅庚早年的研究領域是解析數
華羅庚與陳景潤
論,他在解析數論方面的成就尤其廣為人知,國際間頗具盛名的「中國解析數論學派」即華羅庚開創的學派,該學派對於質數分布問題與哥德巴赫猜想做出了許多重大貢獻。
華羅庚也是中國解析數論、矩陣幾何學、典型群、自守函數論等多方面研究的創始人和開拓者。[19]
華羅庚在多復變函數論,典型群方面的研究領先西方數學界10多年,是國際上有名的「典型群中國學派」。
開創中國數學學派,並帶領達到世界一流水平。培養出眾多優秀青年,如王元、陳景潤、萬哲先、陸啟鏗、龔升等。[20]

科研成果
華羅庚
在國際上以華氏命名的數學科研成果就有「華氏定理」、「懷依—華不等式」、「華氏不等式」、「普勞威爾—加當華定理」、「華氏運算元」、「華—王方法」等。[21]
20世紀40年代,解決了高斯完整三角和的估計這一歷史難題,得到了最佳誤差階估計;對G.H.哈代與J.E.李特爾伍德關於華林問題及E.賴特關於塔里問題的結果作了重大的改進,三角和研究成果被國際數學界稱為「華氏定理」。[22]
在代數方面,證明了歷史長久遺留的一維射影幾何的基本定理;給出了體的正規子體一定包含在它的中心之中這個結果的一個簡單而直接的證明,被稱為嘉當-布饒爾-華定理。[23]
與王元教授合作在近代數論方法應用研究方面獲重要成果,被稱為「華-王方法」。[24]

學術著作
華羅庚一生留下了十部巨著:《堆壘素數論》、《指數和的估價及其在數論中的應用》、《多復變函數論中的典型域的調和分析》、《數論導引》、《典型群》(與萬哲先合著)、《從單位圓談起》、《數論在近似分析中的應用》(與王元合著)、《二階兩個自變數兩個未知函數的常系數線性偏微分方程組》(與他人合著)、《優選學》及《計劃經濟范圍最優化的數學理論》,其中八部為國外翻譯出版,已列入20世紀數學的經典著作之列。此外,還有學術論文150餘篇,科普作品《優選法評話及其補充》、《統籌法評話及補充》等,輯為《華羅庚科普著作選集》。[25]

出版日期
書名
作者
出版社
備注

1953年 堆壘素數論 華羅庚著 中國科學院 學術類

1957年 多復變函數論典型域上的調和分析 華羅庚著
北京科學出版社

1957年 數論導引
華羅庚著

北京科學出版社

1958年 高等數學引論(第一卷)
華羅庚著

北京科學出版社

1962年 從單位圓談起 華羅庚著 北京科學出版社
1963年 指數和的估計及其在數論中的應用 華羅庚著 北京科學出版社
1963年 典型群 華羅庚、萬哲先著 上海科學技術出版社
1964年 統籌方法平話及其補充 華羅庚著 中國工業出版社
1964年 從楊輝三角談起 華羅庚著 北京人民教育出版社
1966年 統籌方法平話及補 華羅庚著 中國工業出版社
1967年 優選法
華羅庚著

北京科學出版社

1971年 優選法評話及其補充 華羅庚著 北京國防工業出版
1985年 華羅庚科普著作選集 華羅庚著 上海教育出版社
2006年 從孫子的神奇妙算談起 華羅庚著 中國少年兒童出版社 科普類[25]
2006年 聰明在於勤奮天才在於積累 華羅庚著 中國少年兒童出版社

C. 數學領域中有些研究成果是以華人命名的,其中著名的有哪些

數學領域中有些研究成果是以華人命名的,其中著名的有:
華氏定理:數學家華羅庚關於完整三角和的研究成果被國際數學界稱為「華氏定理」;另外他與數學家王元提出多重積分近似計算的方法被國際上譽為「華—王方法」。
蘇氏錐面:數學家蘇步青在仿射微分幾何學方面的研究成果在國際上被命名為「蘇氏錐面」。
熊氏無窮級:數學家熊慶來關於整函數與無窮級的亞純函數的研究成果被國際數學界譽為「熊氏無窮級」。
陳示性類:數學家陳省身關於示性類的研究成果被國際上稱為「陳示性類」。
周氏坐標:數學家周煒良在代數幾何學方面的研究成果被國際數學界稱為「周氏坐標;另外還有以他命名的「周氏定理」和「周氏環」。
吳氏方法:數學家吳文俊關於幾何定理機器證明的方法被國際上譽為「吳氏方法」;另外還有以他命名的「吳氏公式」。
王氏悖論:數學家王浩關於數理邏輯的一個命題被國際上定為「王氏悖論」。
柯氏定理:數學家柯召關於卡特蘭問題的研究成果被國際數學界稱為「柯氏定理」;另外他與數學家孫琦在數論方面的研究成果被國際上稱為「柯—孫猜測」。
陳氏定理:數學家陳景潤在哥德巴赫猜想研究中提出的命題被國際數學界譽為「陳氏定理」。
楊—張定理:數學家楊樂和張廣厚在函數論方面的研究成果被國際上稱為「楊—張定理」。
陸氏猜想:數學家陸啟鏗關於常曲率流形的研究成果被國際上稱為「陸氏猜想」。
夏氏不等式:數學家夏道行在泛函積分和不變測度論方面的研究成果被國際數學界稱為「夏氏不等式」。
姜氏空間:數學家姜伯駒關於尼爾森數計算的研究成果被國際上命名為「姜氏空間」;另外還有以他命名的「姜氏子群」。
侯氏定理:數學家侯振挺關於馬爾可夫過程的研究成果被國際上命名為「侯氏定理」。
周氏猜測:數學家周海中關於梅森素數分布的研究成果被國際上命名為「周氏猜測」。
王氏定理:數學家王戌堂關於點集拓撲學方面的研究成果被國際數學界譽為「王氏定理」。
袁氏引理:數學家袁亞湘在非線性規劃方面的研究成果被國際上命名為「袁氏引理」

D. 數學發展史的研究成果

數學家蘇步青在仿射微分幾何學方面的研究成果在國際上被命名為「蘇專氏錐面」。蘇步青院士對仿屬射微分幾何的一個極其美妙的發現是:他對一般的曲面,構做出一個訪射不變的4次(3階)代數錐面。在訪射的曲面理論中為人們許多協變幾何對象,包括2條主切曲線,3條達布切線,3條塞格雷切線和仿射法線等等,都可以由這個錐面和它的3根尖點直線以美妙的方式體現出來,形成一個十分引人入勝的構圖,這個錐面被命名為蘇氏錐面。

E. 為了跟蹤世界最新數學研究成果,陳景潤以驚人的速度在幾年之內學會了幾門語言

少年時代的夢想陳景潤一直沒有忘記,他下定決心,一定要努力去摘取那顆明珠。在調到中科院數學研究所以後,他更加努力地工作。為了跟蹤世界最新數學研究成果,他以驚人的速度在幾年之內學會了俄、英、德、法四門語言。在向哥德巴赫猜想進軍的過程中,他廢寢忘食,潛心思考,進行了難以想像的大量計算,甚至被別人看成是「獃子」。有一次,他一邊走路一邊思考,竟撞在一棵大樹上,還趕快向「對方」道歉。還有一次,他患肺結核住院,沒有痊癒就從醫院偷偷地跑了出來——他實在不能再呆下去了,不看數學書,不做數學題,簡直是要了他的命。二百多年來,無數的數學家曾向哥德巴赫猜想發起沖鋒,直到1948年,匈牙利數學家恩易才有了較大的突破,他證明了每個大偶數都是一個素數和一個「素因子都不超過6個的」數之和即(1+6)。1962年,我國數學家潘承桐證明了(1+5)。同年,王元、潘承桐又證明了(1+4)。到1965年,布赫斯塔勃等三位外國數學家證明了(1+3)。

F. 數學家有哪些發明了什麼對世界有多大成就

1、牛頓:微積分的創建、萬有引力。2、歐拉:無窮小分析引論》一書便是他劃時代的代表作,當時數學家們稱他為「分析學的化身」。另外,歐拉還創設了許多數學符號,一直使用至今,如π,i,e,sin,cos,tg,Δx,Σ,f(x)等。而哥德巴赫猜想也是在他與哥德巴赫的通信中首先提出來的。歐拉還首先完成了月球繞地球運動的精確理論,創立了分析力學、剛體力學等力學學科,深化瞭望遠鏡、顯微鏡的設計計算理論等等。4、伽羅瓦:首次引入了「群」的概念,(寄給大數學家柯西審閱,可惜柯西輕視該文,未認真審閱,致使該理論推遲了50年)18歲時,再次寄出,這次寄給大數學家傅立葉,可惜傅立葉病死,未能審閱。19歲時,第三次寄出,這次寄給了大數學家泊松,但是泊松最終給的批語是「完全無法理解」。這些失誤致使「群倫」這一數學最重要的分支遲到了50年的時間。5、亨利·龐加萊,龐加萊一生發表的科學論文約500篇、科學著作約30部,幾乎涉及到數學的所有領域以及理論物理、天體物理等的許多重要領域。6、希爾伯特。希爾伯特的研究涉及現代數學的許多領域,如不變數理論、代數數論、幾何基礎、積分方程和物理學的公理化、數學基礎和數理邏輯等。希爾伯特是對二十世紀數學有深刻影響的數學家之一,對他提出的23個問題,似乎至今仍在促進現代數學的研究和發展。大數學家韋爾(H.Weyl)在希爾伯特去世時的悼詞中曾說:「希爾伯特就像穿雜色衣服的風笛手,他那甜蜜的笛聲誘惑了如此眾多的老鼠,跟著他跳進了數學的深河。」7、陳省身:陳省身開創並領導著整體微分幾何、纖維叢微分幾何、「陳省身示性類」等領域的研究,他是有史以來唯一獲得世界數學界最高榮譽「沃爾夫獎」的華人,被稱為「當今最偉大的數學家」,被國際數學界尊為「微分幾何之父」。
國際著名數學大師,沃爾夫數學獎得主,陳省身
1931年入清華大學研究院,1934軍獲碩士學位.1934年去漢堡大學從Blaschke學習.1937年回國任西南聯合大學教授.1943年到1945年任普林斯頓高等研究所研究員.1949年初赴美,旋任芝加哥大學教授.1960年到加州大學伯克利分校任教授,1979年退休成為名譽教授,仍繼續任教到1984年.1981年到1984年任新建的伯克利數學研究所所長,其後任名譽所長。陳省身的主要工作領域是微分幾何學及其相關分支.還在積分幾何,射影微分幾何,極小子流形,網幾何學,全曲率與各種浸入理論,外微分形式與偏微分方程等諸多領域有開拓性的貢獻.陳省身本有極多榮譽,包括中央研究院院士(1948).美國國家科學院院士(1961)及國家科學獎章(1975),倫敦皇家學會國外會員(1985),法國科學院國外院士』(1989),中國科學院國外院士等。榮獲1983/1984年度Wolf獎,及1983年度美國科學會Steele獎中的終身成就獎.
2.享有國際盛譽的大數學家,新中國數學事業發展的重要奠基人 華羅庚
華羅庚是一位人生經歷傳奇的數學家,早年輟學,1930年因在《科學》上發表了關於代數方程式解法的文章,受到熊慶來的重視,被邀到清華大學學習和工作,在楊武之指引下,開始了數論的研究。1936年,作為訪問學者去英國劍橋大學工作。1938年回國,受聘為西南聯合大學教授。1946年應美國普林斯頓高等研究所邀請任研究員,並在普林斯頓大學執教。1948年開始,他為伊大學教授。1950年回國,先後任清華大學教授,中國科學院數學研究所所長,數理化學部委員和學部副主任,中國科學技術大學數學系主任、副校長,中國科學院應用數學研究所所長,中國科學院副院長、主席團委員等職。還擔任過多屆中國數學會理事長。此外,華羅庚還是第一、二、三、四、五屆全國人民代表大會常務委員會委員和中國人民政治協商會議第六屆全國委員會副主席。華羅庚是在國際上享有盛譽的數學家,他的名字在美國施密斯松尼博物館與芝加哥科技博物館等著名博物館中,與少數經典數學家列在一起。他被選為美國科學院國外院士,第三世界科學院院士,聯邦德國巴伐利亞科學院院士。又被授予法國南錫大學、香港中文大學與美國伊利諾伊大學榮譽博士。華羅庚在解析數論、矩陣幾何學、典型群、自守函數論、多復變函數論、偏微分方程、高維數值積分等廣泛數學領域中都作出卓越貢獻。由於華羅庚的重大貢獻,有許多用他他的名字命名的定理、引理、不等式、運算元與方法。他共發表專著與學術論文近三百篇。華羅庚還根據中國實情與國際潮流,倡導應用數學與計算機研製。他身體力行,親自去二十七個省市普及應用數學方法長達二十年之久,為經濟建設作出了重大貢獻。
3.僅次於哥德爾的邏輯數學大師,王浩
1943年於西南聯合大學數學系畢業。1945年於清華大學研究生院哲學部畢業。1948年獲美國哈佛大學哲學博士學位。1950~1951年在瑞士聯邦工學院數學研究所從事研究工作1951~1953年任哈佛大學助理教授。1954~1961年在英國牛津大學作第二套洛克講座講演,又任邏輯及數理哲學高級教職。1961~1967 年任哈佛大學教授。1967年後任美國洛克斐勒大學教授,主持邏輯研究室工作。1985年兼任中國北京大學名譽教授。1986年兼任中國清華大學名譽教授。50年代 初被選為美國國家科學院院士,後又被選為不列顛科學院外國院士,美籍華裔數學家、邏輯學家、計算機科學家、哲學家。
4.著名數學家力學家,美國科學院院士,林家翹
1937年畢業於清華大學物理系。1941年獲加拿大多倫多大學碩士學位。1944年獲美國加州理工學院博士學位。1953 年起先後擔任美國麻省理工學院數學教授、學院教授、榮譽退休教授。 林家翹教授曾獲:美國機械工程師學會Timoshenko獎,美國國家科學院應用數學和數值分析獎,美國物理學會流體力學獎。他是美國國家文理學院院士(1951),美國國家科學院院士(1962),台灣「中央研究院」院士(1960)。從40年代開始,林家翹教授在流體力學的流動穩定性和湍流理論方面的工作帶動了整整一代人在這一領域的研究探索。從60年代開始,他進入天體物理的研究領域,開創了星系螺旋結構的密度波理論,並為國際所公認。1994年6月8日當選為首批中國科學院外籍士。
1.費爾馬大定理,起源於三百多年前,挑戰人類3個世紀,多次震驚全世界,耗盡人類眾多最傑出大腦的精力,也讓千千萬萬業余者痴迷。終於在1994年被安德魯·懷爾斯攻克。古希臘的丟番圖寫過一本著名的「算術」,經歷中世紀的愚昧黑暗到文藝復興的時候,「算術」的殘本重新被發現研究。
1637年,法國業余大數學家費爾馬(Pierre de Fremat)在「算術」的關於勾股數問題的頁邊上,寫下猜想:x^n+ y^n =z^n 是不可能的(這里n大於2;a,b,c,n都是非零整數)。此猜想後來就稱為費爾馬大定理。費爾馬還寫道「我對此有絕妙的證明,但此頁邊太窄寫不下」。一般公認,他當時不可能有正確的證明。猜想提出後,經歐拉等數代天才努力,200年間只解決了n=3,4,5,7四種情形。1847年,庫木爾創立「代數數論」這一現代重要學科,對許多n(例如100以內)證明了費爾馬大定理,是一次大飛躍。
歷史上費爾馬大定理高潮迭起,傳奇不斷。其驚人的魅力,曾在最後時刻挽救自殺青年於不死。他就是德國的沃爾夫斯克勒,他後來為費爾馬大定理設懸賞10萬馬克(相當於現在160萬美元多),期限1908-2007年。無數人耗盡心力,空留浩嘆。最現代的電腦加數學技巧,驗證了400萬以內的N,但這對最終證明無濟於事。1983年德國的法爾廷斯證明了:對任一固定的n,最多隻有有限多個a,b,c振動了世界,獲得費爾茲獎(數學界最高獎)。
歷史的新轉機發生在1986年夏,貝克萊·瑞波特證明了:費爾馬大定理包含在「谷山豐—志村五朗猜想 」 之中。童年就痴迷於此的懷爾斯,聞此立刻潛心於頂樓書房7年,曲折卓絕,匯集了20世紀數論所有的突破性成果。終於在1993年6月23日劍橋大學牛頓研究所的「世紀演講」最後,宣布證明了費爾馬大定理。立刻震動世界,普天同慶。不幸的是,數月後逐漸發現此證明有漏洞,一時更成世界焦點。這個證明體系是千萬個深奧數學推理連接成千個最現代的定理、事實和計算所組成的千百回轉的邏輯網路,任何一環節的問題都會導致前功盡棄。懷爾斯絕境搏鬥,毫無出路。1994年9月19日,星期一的早晨,懷爾斯在思維的閃電中突然找到了迷失的鑰匙:解答原來就在廢墟中!他熱淚奪眶而出。懷爾斯的歷史性長文「模橢圓曲線和費爾馬大定理」1995年5月發表在美國《數學年刊》第142卷,實際占滿了全卷,共五章,130頁。1997年6月27日,懷爾斯獲得沃爾夫斯克勒10萬馬克懸賞大獎。離截止期10年,圓了歷史的夢。他還獲得沃爾夫獎(1996.3),美國國家科學家院獎(1996.6),費爾茲特別獎(1998.8)。
2.四色問題的內容是:「任何一張地圖只用四種顏色就能使具有共同邊界的國家著上不同的顏色。」用數學語言表示,即「將平面任意地細分為不相重疊的區域,每一個區域總可以用1,2,3,4這四個數字之一來標記,而不會使相鄰的兩個區域得到相同的數字。」(右圖)
這里所指的相鄰區域,是指有一整段邊界是公共的。如果兩個區域只相遇於一點或有限多點,就不叫相鄰的。因為用相同的顏色給它們著色不會引起混淆。
四色猜想的提出來自英國。1852年,畢業於倫敦大學的弗南西斯·格思里來到一家科研單位搞地圖著色工作時,發現了一種有趣的現象:「看來,每幅地圖都可以用四種顏色著色,使得有共同邊界的國家都被著上不同的顏色。」這個現象能不能從數學上加以嚴格證明呢?他和在大學讀書的弟弟格里斯決心試一試。兄弟二人為證明這一問題而使用的稿紙已經堆了一大疊,可是研究工作沒有進展。
1852年10月23日,他的弟弟就這個問題的證明請教了他的老師、著名數學家德·摩爾根,摩爾根也沒有能找到解決這個問題的途徑,於是寫信向自己的好友、著名數學家漢密爾頓爵士請教。漢密爾頓接到摩爾根的信後,對四色問題進行論證。但直到1865年漢密爾頓逝世為止,問題也沒有能夠解決。
1872年,英國當時最著名的數學家凱利正式向倫敦數學學會提出了這個問題,於是四色猜想成了世界數學界關注的問題。世界上許多一流的數學家都紛紛參加了四色猜想的大會戰。1878~1880年兩年間,著名的律師兼數學家肯普和泰勒兩人分別提交了證明四色猜想的論文,宣布證明了四色定理,大家都認為四色猜想從此也就解決了。
肯普的證明是這樣的:首先指出如果沒有一個國家包圍其他國家,或沒有三個以上的國家相遇於一點,這種地圖就說是「正規的」(左圖)。如為正規地圖,否則為非正規地圖(右圖)。一張地圖往往是由正規地圖和非正規地圖聯系在一起,但非正規地圖所需顏色種數一般不超過正規地圖所需的顏色,如果有一張需要五種顏色的地圖,那就是指它的正規地圖是五色的,要證明四色猜想成立,只要證明不存在一張正規五色地圖就足夠了。
肯普是用歸謬法來證明的,大意是如果有一張正規的五色地圖,就會存在一張國數最少的「極小正規五色地圖」,如果極小正規五色地圖中有一個國家的鄰國數少於六個,就會存在一張國數較少的正規地圖仍為五色的,這樣一來就不會有極小五色地圖的國數,也就不存在正規五色地圖了。這樣肯普就認為他已經證明了「四色問題」,但是後來人們發現他錯了。
不過肯普的證明闡明了兩個重要的概念,對以後問題的解決提供了途徑。第一個概念是「構形」。他證明了在每一張正規地圖中至少有一國具有兩個、三個、四個或五個鄰國,不存在每個國家都有六個或更多個鄰國的正規地圖,也就是說,由兩個鄰國,三個鄰國、四個或五個鄰國組成的一組「構形」是不可避免的,每張地圖至少含有這四種構形中的一個。
肯普提出的另一個概念是「可約」性。「可約」這個詞的使用是來自肯普的論證。他證明了只要五色地圖中有一國具有四個鄰國,就會有國數減少的五色地圖。自從引入「構形」,「可約」概念後,逐步發展了檢查構形以決定是否可約的一些標准方法,能夠尋求可約構形的不可避免組,是證明「四色問題」的重要依據。但要證明大的構形可約,需要檢查大量的細節,這是相當復雜的。
11年後,即1890年,在牛津大學就讀的年僅29歲的赫伍德以自己的精確計算指出了肯普在證明上的漏洞。他指出肯普說沒有極小五色地圖能有一國具有五個鄰國的理由有破綻。不久,泰勒的證明也被人們否定了。人們發現他們實際上證明了一個較弱的命題——五色定理。就是說對地圖著色,用五種顏色就夠了。後來,越來越多的數學家雖然對此絞盡腦汁,但一無所獲。於是,人們開始認識到,這個貌似容易的題目,其實是一個可與費馬猜想相媲美的難題。
進入20世紀以來,科學家們對四色猜想的證明基本上是按照肯普的想法在進行。1913年,美國著名數學家、哈佛大學的伯克霍夫利用肯普的想法,結合自己新的設想;證明了某些大的構形可約。後來美國數學家富蘭克林於1939年證明了22國以下的地圖都可以用四色著色。1950年,有人從22國推進到35國。1960年,有人又證明了39國以下的地圖可以只用四種顏色著色;隨後又推進到了50國。看來這種推進仍然十分緩慢。
高速數字計算機的發明,促使更多數學家對「四色問題」的研究。從1936年就開始研究四色猜想的海克,公開宣稱四色猜想可用尋找可約圖形的不可避免組來證明。他的學生丟雷寫了一個計算程序,海克不僅能用這程序產生的數據來證明構形可約,而且描繪可約構形的方法是從改造地圖成為數學上稱為「對偶」形著手。
他把每個國家的首都標出來,然後把相鄰國家的首都用一條越過邊界的鐵路連接起來,除首都(稱為頂點)及鐵路(稱為弧或邊)外,擦掉其他所有的線,剩下的稱為原圖的對偶圖。到了六十年代後期,海克引進一個類似於在電網路中移動電荷的方法來求構形的不可避免組。在海克的研究中第一次以頗不成熟的形式出現的「放電法」,這對以後關於不可避免組的研究是個關鍵,也是證明四色定理的中心要素。
電子計算機問世以後,由於演算速度迅速提高,加之人機對話的出現,大大加快了對四色猜想證明的進程。美國伊利諾大學哈肯在1970年著手改進「放電過程」,後與阿佩爾合作編制一個很好的程序。就在1976年6月,他們在美國伊利諾斯大學的兩台不同的電子計算機上,用了1200個小時,作了100億判斷,終於完成了四色定理的證明,轟動了世界。
這是一百多年來吸引許多數學家與數學愛好者的大事,當兩位數學家將他們的研究成果發表的時候,當地的郵局在當天發出的所有郵件上都加蓋了「四色足夠」的特製郵戳,以慶祝這一難題獲得解決。
「四色問題」的被證明僅解決了一個歷時100多年的難題,而且成為數學史上一系列新思維的起點。在「四色問題」的研究過程中,不少新的數學理論隨之產生,也發展了很多數學計算技巧。如將地圖的著色問題化為圖論問題,豐富了圖論的內容。不僅如此,「四色問題」在有效地設計航空班機日程表,設計計算機的編碼程序上都起到了推動作用。
不過不少數學家並不滿足於計算機取得的成就,他們認為應該有一種簡捷明快的書面證明方法。直到現在,仍由不少數學家和數學愛好者在尋找更簡潔的證明方法。
3.史上和質數有關的數學猜想中,最著名的當然就是「哥德巴赫猜想」了。
1742年6月7日,德國數學家哥德巴赫在寫給著名數學家歐拉的一封信中,提出了兩個大膽的猜想:
一、任何不小於6的偶數,都是兩個奇質數之和;
二、任何不小於9的奇數,都是三個奇質數之和。
這就是數學史上著名的「哥德巴赫猜想」。顯然,第二個猜想是第一個猜想的推論。因此,只需在兩個猜想中證明一個就足夠了。
同年6月30日,歐拉在給哥德巴赫的回信中, 明確表示他深信哥德巴赫的這兩個猜想都是正確的定理,但是歐拉當時還無法給出證明。由於歐拉是當時歐洲最偉大的數學家,他對哥德巴赫猜想的信心,影響到了整個歐洲乃至世界數學界。從那以後,許多數學家都躍躍欲試,甚至一生都致力於證明哥德巴赫猜想。可是直到19世紀末,哥德巴赫猜想的證明也沒有任何進展。證明哥德巴赫猜想的難度,遠遠超出了人們的想像。有的數學家把哥德巴赫猜想比喻為「數學王冠上的明珠」。
我們從6=3+3、8=3+5、10=5+5、……、100=3+97=11+89=17+83、……這些具體的例子中,可以看出哥德巴赫猜想都是成立的。有人甚至逐一驗證了3300萬以內的所有偶數,竟然沒有一個不符合哥德巴赫猜想的。20世紀,隨著計算機技術的發展,數學家們發現哥德巴赫猜想對於更大的數依然成立。可是自然數是無限的,誰知道會不會在某一個足夠大的偶數上,突然出現哥德巴赫猜想的反例呢?於是人們逐步改變了探究問題的方式。
1900年,20世紀最偉大的數學家希爾伯特,在國際數學會議上把「哥德巴赫猜想」列為23個數學難題之一。此後,20世紀的數學家們在世界范圍內「聯手」進攻「哥德巴赫猜想」堡壘,終於取得了輝煌的成果。
20世紀的數學家們研究哥德巴赫猜想所採用的主要方法,是篩法、圓法、密率法和三角和法等等高深的數學方法。解決這個猜想的思路,就像「縮小包圍圈」一樣,逐步逼近最後的結果。
1920年,挪威數學家布朗證明了定理「9+9」,由此劃定了進攻「哥德巴赫猜想」的「大包圍圈」。這個「9+9」是怎麼回事呢?所謂「9+9」,翻譯成數學語言就是:「任何一個足夠大的偶數,都可以表示成其它兩個數之和,而這兩個數中的每個數,都是9個奇質數之積。」 從這個「9+9」開始,全世界的數學家集中力量「縮小包圍圈」,當然最後的目標就是「1+1」了。
1924年,德國數學家雷德馬赫證明了定理「7+7」。很快,「6+6」、「5+5」、「4+4」和「3+3」逐一被攻陷。1957年,我國數學家王元證明了「2+3」。1962年,中國數學家潘承洞證明了「1+5」,同年又和王元合作證明了「1+4」。1965年,蘇聯數學家證明了「1+3」。
1966年,我國著名數學家陳景潤攻克了「1+2」,也就是:「任何一個足夠大的偶數,都可以表示成兩個數之和,而這兩個數中的一個就是奇質數,另一個則是兩個奇質數的積。」這個定理被世界數學界稱為「陳氏定理」。
由於陳景潤的貢獻,人類距離哥德巴赫猜想的最後結果「1+1」僅有一步之遙了。但為了實現這最後的一步,也許還要歷經一個漫長的探索過程。有許多數學家認為,要想證明「1+1」,必須通過創造新的數學方法,以往的路很可能都是走不通的。

G. 當今數學界的最新成就

希爾伯特的二十三個問題:
在1900年8月巴黎國際數學家代表大會上,希爾伯專特發表了題為《數學問屬題》的著名講演。他根據過去特別是十九世紀數學研究的成果和發展趨勢,提出了23個最重要的數學問題。這23個問題通稱希爾伯特問題,後來成為許多數學家力圖攻克的難關,對現代數學的研究和發展產生了深刻的影響,並起了積極的推動作用,希爾伯特問題中有些現已得到圓滿解決,有些至今仍未解決。他在講演中所闡發的想信每個數學問題都可以解決的信念,對於數學工作者是一種巨大的鼓舞。

成就的話應該就是這其中一些問題的解決,比如龐加萊猜想。

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