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国际数学最新研究成果

发布时间:2021-06-08 17:12:41

A. 希尔伯特在第二届国际数学家大会上提出了20世纪数学家应当努力解决的23个数学问题,

在1900年巴黎国际数学家代表大会上,希尔伯特发表了题为《数学问题》的著名讲演。他根据过去特别是十九世纪数学研究的成果和发展趋势,提出了23个最重要的数学问题。这23个问题通称希尔伯特问题,后来成为许多数学家力图攻克的难关,对现代数学的研究和发展产生了深刻的影响,并起了积极的推动作用,希尔伯特问题中有些现已得到圆满解决,有些至今仍未解决。他在讲演中所阐发的想信每个数学问题都可以解决的信念,对于数学工作者是一种巨大的鼓舞。希尔伯特的23个问题分属四大块:第1到第6问题是数学基础问题;第7到第12问题是数论问题;第13到第18问题属于代数和几何问题;第19到第23问题属于数学分析。
(1)康托的连续统基数问题。
1874年,康托猜测在可数集基数和实数集基数之间没有别的基数,即著名的连续统假设。1938年,侨居美国的奥地利数理逻辑学家哥德尔证明连续统假设与ZF集合论公理系统的无矛盾性。1963年,美国数学家科思(P.Choen)证明连续统假设与ZF公理彼此独立。因而,连续统假设不能用ZF公理加以证明。在这个意义下,问题已获解决。
(2)算术公理系统的无矛盾性。
欧氏几何的无矛盾性可以归结为算术公理的无矛盾性。希尔伯特曾提出用形式主义计划的证明论方法加以证明,哥德尔1931年发表不完备性定理作出否定。根茨(G.Gentaen,1909-1945)1936年使用超限归纳法证明了算术公理系统的无矛盾性。
(3)只根据合同公理证明等底等高的两个四面体有相等之体积是不可能的。
问题的意思是:存在两个登高等底的四面体,它们不可能分解为有限个小四面体,使这两组四面体彼此全等德思(M.Dehn)1900年已解决。
(4)两点间以直线为距离最短线问题。
此问题提的一般。满足此性质的几何很多,因而需要加以某些限制条件。1973年,苏联数学家波格列洛夫(Pogleov)宣布,在对称距离情况下,问题获解决。
(5)拓扑学成为李群的条件(拓扑群)。
这一个问题简称连续群的解析性,即是否每一个局部欧氏群都一定是李群。1952年,由格里森(Gleason)、蒙哥马利(Montgomery)、齐宾(Zippin)共同解决。1953年,日本的山迈英彦已得到完全肯定的结果。
(6)对数学起重要作用的物理学的公理化。
1933年,苏联数学家柯尔莫哥洛夫将概率论公理化。后来,在量子力学、量子场论方面取得成功。但对物理学各个分支能否全盘公理化,很多人有怀疑。
(7)某些数的超越性的证明。
需证:如果α是代数数,β是无理数的代数数,那么αβ一定是超越数或至少是无理数(例如,2√2和eπ)。苏联的盖尔封特(Gelfond)1929年、德国的施奈德(Schneider)及西格尔(Siegel)1935年分别独立地证明了其正确性。但超越数理论还远未完成。目前,确定所给的数是否超越数,尚无统一的方法。
(8)素数分布问题,尤其对黎曼猜想、哥德巴赫猜想和孪生素共问题。
素数是一个很古老的研究领域。希尔伯特在此提到黎曼(Riemann)猜想、哥德巴赫(Goldbach)猜想以及孪生素数问题。黎曼猜想至今未解决。哥德巴赫猜想和孪生素数问题目前也未最终解决,其最佳结果均属中国数学家陈景润。
(9)一般互反律在任意数域中的证明。
1921年由日本的高木贞治,1927年由德国的阿廷(E.Artin)各自给以基本解决。而类域理论至今还在发展之中。
(10)能否通过有限步骤来判定不定方程是否存在有理整数解?
求出一个整数系数方程的整数根,称为丢番图(约210-290,古希腊数学家)方程可解。1950年前后,美国数学家戴维斯(Davis)、普特南(Putnan)、罗宾逊(Robinson)等取得关键性突破。1970年,巴克尔(Baker)、费罗斯(Philos)对含两个未知数的方程取得肯定结论。1970年。苏联数学家马蒂塞维奇最终证明:在一般情况答案是否定的。尽管得出了否定的结果,却产生了一系列很有价值的副产品,其中不少和计算机科学有密切联系。
(11)一般代数数域内的二次型论。
德国数学家哈塞(Hasse)和西格尔(Siegel)在20年代获重要结果。60年代,法国数学家魏依(A.Weil)取得了新进展。
(12)类域的构成问题。
即将阿贝尔域上的克罗内克定理推广到任意的代数有理域上去。此问题仅有一些零星结果,离彻底解决还很远。
(13)一般七次代数方程以二变量连续函数之组合求解的不可能性。
七次方程x7+ax3+bx2+cx+1=0的根依赖于3个参数a、b、c;x=x(a,b,c)。这一函数能否用两变量函数表示出来?此问题已接近解决。1957年,苏联数学家阿诺尔德(Arnold)证明了任一在〔0,1〕上连续的实函数f(x1,x2,x3)可写成形式∑hi(ξi(x1,x2),x3)(i=1--9),这里hi和ξi为连续实函数。柯尔莫哥洛夫证明f(x1,x2,x3)可写成形式∑hi(ξi1(x1)+ξi2(x2)+ξi3(x3))(i=1--7)这里hi和ξi为连续实函数,ξij的选取可与f完全无关。1964年,维土斯金(Vituskin)推广到连续可微情形,对解析函数情形则未解决。
(14)某些完备函数系的有限的证明。
即域K上的以x1,x2,…,xn为自变量的多项式fi(i=1,…,m),R为K〔X1,…,Xm]上的有理函数F(X1,…,Xm)构成的环,并且F(f1,…,fm)∈K[x1,…,xm]试问R是否可由有限个元素F1,…,FN的多项式生成?这个与代数不变量问题有关的问题,日本数学家永田雅宜于1959年用漂亮的反例给出了否定的解决。
(15)建立代数几何学的基础。
荷兰数学家范德瓦尔登1938年至1940年,魏依1950年已解决。
注一舒伯特(Schubert)计数演算的严格基础。
一个典型的问题是:在三维空间中有四条直线,问有几条直线能和这四条直线都相交?舒伯特给出了一个直观的解法。希尔伯特要求将问题一般化,并给以严格基础。现在已有了一些可计算的方法,它和代数几何学有密切的关系。但严格的基础至今仍未建立。
(16)代数曲线和曲面的拓扑研究。
此问题前半部涉及代数曲线含有闭的分枝曲线的最大数目。后半部要求讨论备dx/dy=Y/X的极限环的最多个数N(n)和相对位置,其中X、Y是x、y的n次多项式。对n=2(即二次系统)的情况,1934年福罗献尔得到N(2)≥1;1952年鲍廷得到N(2)≥3;1955年苏联的波德洛夫斯基宣布N(2)≤3,这个曾震动一时的结果,由于其中的若干引理被否定而成疑问。关于相对位置,中国数学家董金柱、叶彦谦1957年证明了(E2)不超过两串。1957年,中国数学家秦元勋和蒲富金具体给出了n=2的方程具有至少3个成串极限环的实例。1978年,中国的史松龄在秦元勋、华罗庚的指导下,与王明淑分别举出至少有4个极限环的具体例子。1983年,秦元勋进一步证明了二次系统最多有4个极限环,并且是(1,3)结构,从而最终地解决了二次微分方程的解的结构问题,并为研究希尔伯特第(16)问题提供了新的途径。
(17)半正定形式的平方和表示。
实系数有理函数f(x1,…,xn)对任意数组(x1,…,xn)都恒大于或等于0,确定f是否都能写成有理函数的平方和?1927年阿廷已肯定地解决。
(18)用全等多面体构造空间。
德国数学家比贝尔巴赫(Bieberbach)1910年,莱因哈特(Reinhart)1928年作出部分解决。
(19)正则变分问题的解是否总是解析函数?
德国数学家伯恩斯坦(Bernrtein,1929)和苏联数学家彼德罗夫斯基(1939)已解决。
(20)研究一般边值问题。
此问题进展迅速,己成为一个很大的数学分支。日前还在继读发展。
(21)具有给定奇点和单值群的Fuchs类的线性微分方程解的存在性证明。
此问题属线性常微分方程的大范围理论。希尔伯特本人于1905年、勒尔(H.Rohrl)于1957年分别得出重要结果。1970年法国数学家德利涅(Deligne)作出了出色贡献。
(22)用自守函数将解析函数单值化。
此问题涉及艰深的黎曼曲面理论,1907年克伯(P.Koebe)对一个变量情形已解决而使问题的研究获重要突破。其它方面尚未解决。
(23)发展变分学方法的研究。

资料来源:http://..com/link?url=-tdQ8NBZC_XURthwNqtV7bpJ0ge-BFXxdKlzHyQEBWFzCSXPa

B. 华罗庚在数学领域的主要贡献及科研成果

华罗庚早年的研究领域是解析数
华罗庚与陈景润
论,他在解析数论方面的成就尤其广为人知,国际间颇具盛名的“中国解析数论学派”即华罗庚开创的学派,该学派对于质数分布问题与哥德巴赫猜想做出了许多重大贡献。
华罗庚也是中国解析数论、矩阵几何学、典型群、自守函数论等多方面研究的创始人和开拓者。[19]
华罗庚在多复变函数论,典型群方面的研究领先西方数学界10多年,是国际上有名的“典型群中国学派”。
开创中国数学学派,并带领达到世界一流水平。培养出众多优秀青年,如王元、陈景润、万哲先、陆启铿、龚升等。[20]

科研成果
华罗庚
在国际上以华氏命名的数学科研成果就有“华氏定理”、“怀依—华不等式”、“华氏不等式”、“普劳威尔—加当华定理”、“华氏算子”、“华—王方法”等。[21]
20世纪40年代,解决了高斯完整三角和的估计这一历史难题,得到了最佳误差阶估计;对G.H.哈代与J.E.李特尔伍德关于华林问题及E.赖特关于塔里问题的结果作了重大的改进,三角和研究成果被国际数学界称为“华氏定理”。[22]
在代数方面,证明了历史长久遗留的一维射影几何的基本定理;给出了体的正规子体一定包含在它的中心之中这个结果的一个简单而直接的证明,被称为嘉当-布饶尔-华定理。[23]
与王元教授合作在近代数论方法应用研究方面获重要成果,被称为“华-王方法”。[24]

学术著作
华罗庚一生留下了十部巨著:《堆垒素数论》、《指数和的估价及其在数论中的应用》、《多复变函数论中的典型域的调和分析》、《数论导引》、《典型群》(与万哲先合著)、《从单位圆谈起》、《数论在近似分析中的应用》(与王元合著)、《二阶两个自变数两个未知函数的常系数线性偏微分方程组》(与他人合著)、《优选学》及《计划经济范围最优化的数学理论》,其中八部为国外翻译出版,已列入20世纪数学的经典著作之列。此外,还有学术论文150余篇,科普作品《优选法评话及其补充》、《统筹法评话及补充》等,辑为《华罗庚科普著作选集》。[25]

出版日期
书名
作者
出版社
备注

1953年 堆垒素数论 华罗庚著 中国科学院 学术类

1957年 多复变函数论典型域上的调和分析 华罗庚著
北京科学出版社

1957年 数论导引
华罗庚著

北京科学出版社

1958年 高等数学引论(第一卷)
华罗庚著

北京科学出版社

1962年 从单位圆谈起 华罗庚著 北京科学出版社
1963年 指数和的估计及其在数论中的应用 华罗庚著 北京科学出版社
1963年 典型群 华罗庚、万哲先著 上海科学技术出版社
1964年 统筹方法平话及其补充 华罗庚著 中国工业出版社
1964年 从杨辉三角谈起 华罗庚著 北京人民教育出版社
1966年 统筹方法平话及补 华罗庚著 中国工业出版社
1967年 优选法
华罗庚著

北京科学出版社

1971年 优选法评话及其补充 华罗庚著 北京国防工业出版
1985年 华罗庚科普著作选集 华罗庚著 上海教育出版社
2006年 从孙子的神奇妙算谈起 华罗庚著 中国少年儿童出版社 科普类[25]
2006年 聪明在于勤奋天才在于积累 华罗庚著 中国少年儿童出版社

C. 数学领域中有些研究成果是以华人命名的,其中著名的有哪些

数学领域中有些研究成果是以华人命名的,其中著名的有:
华氏定理:数学家华罗庚关于完整三角和的研究成果被国际数学界称为“华氏定理”;另外他与数学家王元提出多重积分近似计算的方法被国际上誉为“华—王方法”。
苏氏锥面:数学家苏步青在仿射微分几何学方面的研究成果在国际上被命名为“苏氏锥面”。
熊氏无穷级:数学家熊庆来关于整函数与无穷级的亚纯函数的研究成果被国际数学界誉为“熊氏无穷级”。
陈示性类:数学家陈省身关于示性类的研究成果被国际上称为“陈示性类”。
周氏坐标:数学家周炜良在代数几何学方面的研究成果被国际数学界称为“周氏坐标;另外还有以他命名的“周氏定理”和“周氏环”。
吴氏方法:数学家吴文俊关于几何定理机器证明的方法被国际上誉为“吴氏方法”;另外还有以他命名的“吴氏公式”。
王氏悖论:数学家王浩关于数理逻辑的一个命题被国际上定为“王氏悖论”。
柯氏定理:数学家柯召关于卡特兰问题的研究成果被国际数学界称为“柯氏定理”;另外他与数学家孙琦在数论方面的研究成果被国际上称为“柯—孙猜测”。
陈氏定理:数学家陈景润在哥德巴赫猜想研究中提出的命题被国际数学界誉为“陈氏定理”。
杨—张定理:数学家杨乐和张广厚在函数论方面的研究成果被国际上称为“杨—张定理”。
陆氏猜想:数学家陆启铿关于常曲率流形的研究成果被国际上称为“陆氏猜想”。
夏氏不等式:数学家夏道行在泛函积分和不变测度论方面的研究成果被国际数学界称为“夏氏不等式”。
姜氏空间:数学家姜伯驹关于尼尔森数计算的研究成果被国际上命名为“姜氏空间”;另外还有以他命名的“姜氏子群”。
侯氏定理:数学家侯振挺关于马尔可夫过程的研究成果被国际上命名为“侯氏定理”。
周氏猜测:数学家周海中关于梅森素数分布的研究成果被国际上命名为“周氏猜测”。
王氏定理:数学家王戌堂关于点集拓扑学方面的研究成果被国际数学界誉为“王氏定理”。
袁氏引理:数学家袁亚湘在非线性规划方面的研究成果被国际上命名为“袁氏引理”

D. 数学发展史的研究成果

数学家苏步青在仿射微分几何学方面的研究成果在国际上被命名为“苏专氏锥面”。苏步青院士对仿属射微分几何的一个极其美妙的发现是:他对一般的曲面,构做出一个访射不变的4次(3阶)代数锥面。在访射的曲面理论中为人们许多协变几何对象,包括2条主切曲线,3条达布切线,3条塞格雷切线和仿射法线等等,都可以由这个锥面和它的3根尖点直线以美妙的方式体现出来,形成一个十分引人入胜的构图,这个锥面被命名为苏氏锥面。

E. 为了跟踪世界最新数学研究成果,陈景润以惊人的速度在几年之内学会了几门语言

少年时代的梦想陈景润一直没有忘记,他下定决心,一定要努力去摘取那颗明珠。在调到中科院数学研究所以后,他更加努力地工作。为了跟踪世界最新数学研究成果,他以惊人的速度在几年之内学会了俄、英、德、法四门语言。在向哥德巴赫猜想进军的过程中,他废寝忘食,潜心思考,进行了难以想象的大量计算,甚至被别人看成是“呆子”。有一次,他一边走路一边思考,竟撞在一棵大树上,还赶快向“对方”道歉。还有一次,他患肺结核住院,没有痊愈就从医院偷偷地跑了出来——他实在不能再呆下去了,不看数学书,不做数学题,简直是要了他的命。二百多年来,无数的数学家曾向哥德巴赫猜想发起冲锋,直到1948年,匈牙利数学家恩易才有了较大的突破,他证明了每个大偶数都是一个素数和一个“素因子都不超过6个的”数之和即(1+6)。1962年,我国数学家潘承桐证明了(1+5)。同年,王元、潘承桐又证明了(1+4)。到1965年,布赫斯塔勃等三位外国数学家证明了(1+3)。

F. 数学家有哪些发明了什么对世界有多大成就

1、牛顿:微积分的创建、万有引力。2、欧拉:无穷小分析引论》一书便是他划时代的代表作,当时数学家们称他为“分析学的化身”。另外,欧拉还创设了许多数学符号,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与哥德巴赫的通信中首先提出来的。欧拉还首先完成了月球绕地球运动的精确理论,创立了分析力学、刚体力学等力学学科,深化了望远镜、显微镜的设计计算理论等等。4、伽罗瓦:首次引入了“群”的概念,(寄给大数学家柯西审阅,可惜柯西轻视该文,未认真审阅,致使该理论推迟了50年)18岁时,再次寄出,这次寄给大数学家傅立叶,可惜傅立叶病死,未能审阅。19岁时,第三次寄出,这次寄给了大数学家泊松,但是泊松最终给的批语是“完全无法理解”。这些失误致使“群伦”这一数学最重要的分支迟到了50年的时间。5、亨利·庞加莱,庞加莱一生发表的科学论文约500篇、科学著作约30部,几乎涉及到数学的所有领域以及理论物理、天体物理等的许多重要领域。6、希尔伯特。希尔伯特的研究涉及现代数学的许多领域,如不变量理论、代数数论、几何基础、积分方程和物理学的公理化、数学基础和数理逻辑等。希尔伯特是对二十世纪数学有深刻影响的数学家之一,对他提出的23个问题,似乎至今仍在促进现代数学的研究和发展。大数学家韦尔(H.Weyl)在希尔伯特去世时的悼词中曾说:“希尔伯特就像穿杂色衣服的风笛手,他那甜蜜的笛声诱惑了如此众多的老鼠,跟着他跳进了数学的深河。”7、陈省身:陈省身开创并领导着整体微分几何、纤维丛微分几何、“陈省身示性类”等领域的研究,他是有史以来唯一获得世界数学界最高荣誉“沃尔夫奖”的华人,被称为“当今最伟大的数学家”,被国际数学界尊为“微分几何之父”。
国际著名数学大师,沃尔夫数学奖得主,陈省身
1931年入清华大学研究院,1934军获硕士学位.1934年去汉堡大学从Blaschke学习.1937年回国任西南联合大学教授.1943年到1945年任普林斯顿高等研究所研究员.1949年初赴美,旋任芝加哥大学教授.1960年到加州大学伯克利分校任教授,1979年退休成为名誉教授,仍继续任教到1984年.1981年到1984年任新建的伯克利数学研究所所长,其后任名誉所长。陈省身的主要工作领域是微分几何学及其相关分支.还在积分几何,射影微分几何,极小子流形,网几何学,全曲率与各种浸入理论,外微分形式与偏微分方程等诸多领域有开拓性的贡献.陈省身本有极多荣誉,包括中央研究院院士(1948).美国国家科学院院士(1961)及国家科学奖章(1975),伦敦皇家学会国外会员(1985),法国科学院国外院士’(1989),中国科学院国外院士等。荣获1983/1984年度Wolf奖,及1983年度美国科学会Steele奖中的终身成就奖.
2.享有国际盛誉的大数学家,新中国数学事业发展的重要奠基人 华罗庚
华罗庚是一位人生经历传奇的数学家,早年辍学,1930年因在《科学》上发表了关于代数方程式解法的文章,受到熊庆来的重视,被邀到清华大学学习和工作,在杨武之指引下,开始了数论的研究。1936年,作为访问学者去英国剑桥大学工作。1938年回国,受聘为西南联合大学教授。1946年应美国普林斯顿高等研究所邀请任研究员,并在普林斯顿大学执教。1948年开始,他为伊大学教授。1950年回国,先后任清华大学教授,中国科学院数学研究所所长,数理化学部委员和学部副主任,中国科学技术大学数学系主任、副校长,中国科学院应用数学研究所所长,中国科学院副院长、主席团委员等职。还担任过多届中国数学会理事长。此外,华罗庚还是第一、二、三、四、五届全国人民代表大会常务委员会委员和中国人民政治协商会议第六届全国委员会副主席。华罗庚是在国际上享有盛誉的数学家,他的名字在美国施密斯松尼博物馆与芝加哥科技博物馆等著名博物馆中,与少数经典数学家列在一起。他被选为美国科学院国外院士,第三世界科学院院士,联邦德国巴伐利亚科学院院士。又被授予法国南锡大学、香港中文大学与美国伊利诺伊大学荣誉博士。华罗庚在解析数论、矩阵几何学、典型群、自守函数论、多复变函数论、偏微分方程、高维数值积分等广泛数学领域中都作出卓越贡献。由于华罗庚的重大贡献,有许多用他他的名字命名的定理、引理、不等式、算子与方法。他共发表专著与学术论文近三百篇。华罗庚还根据中国实情与国际潮流,倡导应用数学与计算机研制。他身体力行,亲自去二十七个省市普及应用数学方法长达二十年之久,为经济建设作出了重大贡献。
3.仅次于哥德尔的逻辑数学大师,王浩
1943年于西南联合大学数学系毕业。1945年于清华大学研究生院哲学部毕业。1948年获美国哈佛大学哲学博士学位。1950~1951年在瑞士联邦工学院数学研究所从事研究工作1951~1953年任哈佛大学助理教授。1954~1961年在英国牛津大学作第二套洛克讲座讲演,又任逻辑及数理哲学高级教职。1961~1967 年任哈佛大学教授。1967年后任美国洛克斐勒大学教授,主持逻辑研究室工作。1985年兼任中国北京大学名誉教授。1986年兼任中国清华大学名誉教授。50年代 初被选为美国国家科学院院士,后又被选为不列颠科学院外国院士,美籍华裔数学家、逻辑学家、计算机科学家、哲学家。
4.著名数学家力学家,美国科学院院士,林家翘
1937年毕业于清华大学物理系。1941年获加拿大多伦多大学硕士学位。1944年获美国加州理工学院博士学位。1953 年起先后担任美国麻省理工学院数学教授、学院教授、荣誉退休教授。 林家翘教授曾获:美国机械工程师学会Timoshenko奖,美国国家科学院应用数学和数值分析奖,美国物理学会流体力学奖。他是美国国家文理学院院士(1951),美国国家科学院院士(1962),台湾“中央研究院”院士(1960)。从40年代开始,林家翘教授在流体力学的流动稳定性和湍流理论方面的工作带动了整整一代人在这一领域的研究探索。从60年代开始,他进入天体物理的研究领域,开创了星系螺旋结构的密度波理论,并为国际所公认。1994年6月8日当选为首批中国科学院外籍士。
1.费尔马大定理,起源于三百多年前,挑战人类3个世纪,多次震惊全世界,耗尽人类众多最杰出大脑的精力,也让千千万万业余者痴迷。终于在1994年被安德鲁·怀尔斯攻克。古希腊的丢番图写过一本著名的“算术”,经历中世纪的愚昧黑暗到文艺复兴的时候,“算术”的残本重新被发现研究。
1637年,法国业余大数学家费尔马(Pierre de Fremat)在“算术”的关于勾股数问题的页边上,写下猜想:x^n+ y^n =z^n 是不可能的(这里n大于2;a,b,c,n都是非零整数)。此猜想后来就称为费尔马大定理。费尔马还写道“我对此有绝妙的证明,但此页边太窄写不下”。一般公认,他当时不可能有正确的证明。猜想提出后,经欧拉等数代天才努力,200年间只解决了n=3,4,5,7四种情形。1847年,库木尔创立“代数数论”这一现代重要学科,对许多n(例如100以内)证明了费尔马大定理,是一次大飞跃。
历史上费尔马大定理高潮迭起,传奇不断。其惊人的魅力,曾在最后时刻挽救自杀青年于不死。他就是德国的沃尔夫斯克勒,他后来为费尔马大定理设悬赏10万马克(相当于现在160万美元多),期限1908-2007年。无数人耗尽心力,空留浩叹。最现代的电脑加数学技巧,验证了400万以内的N,但这对最终证明无济于事。1983年德国的法尔廷斯证明了:对任一固定的n,最多只有有限多个a,b,c振动了世界,获得费尔兹奖(数学界最高奖)。
历史的新转机发生在1986年夏,贝克莱·瑞波特证明了:费尔马大定理包含在“谷山丰—志村五朗猜想 ” 之中。童年就痴迷于此的怀尔斯,闻此立刻潜心于顶楼书房7年,曲折卓绝,汇集了20世纪数论所有的突破性成果。终于在1993年6月23日剑桥大学牛顿研究所的“世纪演讲”最后,宣布证明了费尔马大定理。立刻震动世界,普天同庆。不幸的是,数月后逐渐发现此证明有漏洞,一时更成世界焦点。这个证明体系是千万个深奥数学推理连接成千个最现代的定理、事实和计算所组成的千百回转的逻辑网络,任何一环节的问题都会导致前功尽弃。怀尔斯绝境搏斗,毫无出路。1994年9月19日,星期一的早晨,怀尔斯在思维的闪电中突然找到了迷失的钥匙:解答原来就在废墟中!他热泪夺眶而出。怀尔斯的历史性长文“模椭圆曲线和费尔马大定理”1995年5月发表在美国《数学年刊》第142卷,实际占满了全卷,共五章,130页。1997年6月27日,怀尔斯获得沃尔夫斯克勒10万马克悬赏大奖。离截止期10年,圆了历史的梦。他还获得沃尔夫奖(1996.3),美国国家科学家院奖(1996.6),费尔兹特别奖(1998.8)。
2.四色问题的内容是:“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。”用数学语言表示,即“将平面任意地细分为不相重叠的区域,每一个区域总可以用1,2,3,4这四个数字之一来标记,而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。”(右图)
这里所指的相邻区域,是指有一整段边界是公共的。如果两个区域只相遇于一点或有限多点,就不叫相邻的。因为用相同的颜色给它们着色不会引起混淆。
四色猜想的提出来自英国。1852年,毕业于伦敦大学的弗南西斯·格思里来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现了一种有趣的现象:“看来,每幅地图都可以用四种颜色着色,使得有共同边界的国家都被着上不同的颜色。”这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?他和在大学读书的弟弟格里斯决心试一试。兄弟二人为证明这一问题而使用的稿纸已经堆了一大叠,可是研究工作没有进展。
1852年10月23日,他的弟弟就这个问题的证明请教了他的老师、著名数学家德·摩尔根,摩尔根也没有能找到解决这个问题的途径,于是写信向自己的好友、著名数学家汉密尔顿爵士请教。汉密尔顿接到摩尔根的信后,对四色问题进行论证。但直到1865年汉密尔顿逝世为止,问题也没有能够解决。
1872年,英国当时最著名的数学家凯利正式向伦敦数学学会提出了这个问题,于是四色猜想成了世界数学界关注的问题。世界上许多一流的数学家都纷纷参加了四色猜想的大会战。1878~1880年两年间,著名的律师兼数学家肯普和泰勒两人分别提交了证明四色猜想的论文,宣布证明了四色定理,大家都认为四色猜想从此也就解决了。
肯普的证明是这样的:首先指出如果没有一个国家包围其他国家,或没有三个以上的国家相遇于一点,这种地图就说是“正规的”(左图)。如为正规地图,否则为非正规地图(右图)。一张地图往往是由正规地图和非正规地图联系在一起,但非正规地图所需颜色种数一般不超过正规地图所需的颜色,如果有一张需要五种颜色的地图,那就是指它的正规地图是五色的,要证明四色猜想成立,只要证明不存在一张正规五色地图就足够了。
肯普是用归谬法来证明的,大意是如果有一张正规的五色地图,就会存在一张国数最少的“极小正规五色地图”,如果极小正规五色地图中有一个国家的邻国数少于六个,就会存在一张国数较少的正规地图仍为五色的,这样一来就不会有极小五色地图的国数,也就不存在正规五色地图了。这样肯普就认为他已经证明了“四色问题”,但是后来人们发现他错了。
不过肯普的证明阐明了两个重要的概念,对以后问题的解决提供了途径。第一个概念是“构形”。他证明了在每一张正规地图中至少有一国具有两个、三个、四个或五个邻国,不存在每个国家都有六个或更多个邻国的正规地图,也就是说,由两个邻国,三个邻国、四个或五个邻国组成的一组“构形”是不可避免的,每张地图至少含有这四种构形中的一个。
肯普提出的另一个概念是“可约”性。“可约”这个词的使用是来自肯普的论证。他证明了只要五色地图中有一国具有四个邻国,就会有国数减少的五色地图。自从引入“构形”,“可约”概念后,逐步发展了检查构形以决定是否可约的一些标准方法,能够寻求可约构形的不可避免组,是证明“四色问题”的重要依据。但要证明大的构形可约,需要检查大量的细节,这是相当复杂的。
11年后,即1890年,在牛津大学就读的年仅29岁的赫伍德以自己的精确计算指出了肯普在证明上的漏洞。他指出肯普说没有极小五色地图能有一国具有五个邻国的理由有破绽。不久,泰勒的证明也被人们否定了。人们发现他们实际上证明了一个较弱的命题——五色定理。就是说对地图着色,用五种颜色就够了。后来,越来越多的数学家虽然对此绞尽脑汁,但一无所获。于是,人们开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个可与费马猜想相媲美的难题。
进入20世纪以来,科学家们对四色猜想的证明基本上是按照肯普的想法在进行。1913年,美国著名数学家、哈佛大学的伯克霍夫利用肯普的想法,结合自己新的设想;证明了某些大的构形可约。后来美国数学家富兰克林于1939年证明了22国以下的地图都可以用四色着色。1950年,有人从22国推进到35国。1960年,有人又证明了39国以下的地图可以只用四种颜色着色;随后又推进到了50国。看来这种推进仍然十分缓慢。
高速数字计算机的发明,促使更多数学家对“四色问题”的研究。从1936年就开始研究四色猜想的海克,公开宣称四色猜想可用寻找可约图形的不可避免组来证明。他的学生丢雷写了一个计算程序,海克不仅能用这程序产生的数据来证明构形可约,而且描绘可约构形的方法是从改造地图成为数学上称为“对偶”形着手。
他把每个国家的首都标出来,然后把相邻国家的首都用一条越过边界的铁路连接起来,除首都(称为顶点)及铁路(称为弧或边)外,擦掉其他所有的线,剩下的称为原图的对偶图。到了六十年代后期,海克引进一个类似于在电网络中移动电荷的方法来求构形的不可避免组。在海克的研究中第一次以颇不成熟的形式出现的“放电法”,这对以后关于不可避免组的研究是个关键,也是证明四色定理的中心要素。
电子计算机问世以后,由于演算速度迅速提高,加之人机对话的出现,大大加快了对四色猜想证明的进程。美国伊利诺大学哈肯在1970年着手改进“放电过程”,后与阿佩尔合作编制一个很好的程序。就在1976年6月,他们在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上,用了1200个小时,作了100亿判断,终于完成了四色定理的证明,轰动了世界。
这是一百多年来吸引许多数学家与数学爱好者的大事,当两位数学家将他们的研究成果发表的时候,当地的邮局在当天发出的所有邮件上都加盖了“四色足够”的特制邮戳,以庆祝这一难题获得解决。
“四色问题”的被证明仅解决了一个历时100多年的难题,而且成为数学史上一系列新思维的起点。在“四色问题”的研究过程中,不少新的数学理论随之产生,也发展了很多数学计算技巧。如将地图的着色问题化为图论问题,丰富了图论的内容。不仅如此,“四色问题”在有效地设计航空班机日程表,设计计算机的编码程序上都起到了推动作用。
不过不少数学家并不满足于计算机取得的成就,他们认为应该有一种简捷明快的书面证明方法。直到现在,仍由不少数学家和数学爱好者在寻找更简洁的证明方法。
3.史上和质数有关的数学猜想中,最著名的当然就是“哥德巴赫猜想”了。
1742年6月7日,德国数学家哥德巴赫在写给著名数学家欧拉的一封信中,提出了两个大胆的猜想:
一、任何不小于6的偶数,都是两个奇质数之和;
二、任何不小于9的奇数,都是三个奇质数之和。
这就是数学史上著名的“哥德巴赫猜想”。显然,第二个猜想是第一个猜想的推论。因此,只需在两个猜想中证明一个就足够了。
同年6月30日,欧拉在给哥德巴赫的回信中, 明确表示他深信哥德巴赫的这两个猜想都是正确的定理,但是欧拉当时还无法给出证明。由于欧拉是当时欧洲最伟大的数学家,他对哥德巴赫猜想的信心,影响到了整个欧洲乃至世界数学界。从那以后,许多数学家都跃跃欲试,甚至一生都致力于证明哥德巴赫猜想。可是直到19世纪末,哥德巴赫猜想的证明也没有任何进展。证明哥德巴赫猜想的难度,远远超出了人们的想象。有的数学家把哥德巴赫猜想比喻为“数学王冠上的明珠”。
我们从6=3+3、8=3+5、10=5+5、……、100=3+97=11+89=17+83、……这些具体的例子中,可以看出哥德巴赫猜想都是成立的。有人甚至逐一验证了3300万以内的所有偶数,竟然没有一个不符合哥德巴赫猜想的。20世纪,随着计算机技术的发展,数学家们发现哥德巴赫猜想对于更大的数依然成立。可是自然数是无限的,谁知道会不会在某一个足够大的偶数上,突然出现哥德巴赫猜想的反例呢?于是人们逐步改变了探究问题的方式。
1900年,20世纪最伟大的数学家希尔伯特,在国际数学会议上把“哥德巴赫猜想”列为23个数学难题之一。此后,20世纪的数学家们在世界范围内“联手”进攻“哥德巴赫猜想”堡垒,终于取得了辉煌的成果。
20世纪的数学家们研究哥德巴赫猜想所采用的主要方法,是筛法、圆法、密率法和三角和法等等高深的数学方法。解决这个猜想的思路,就像“缩小包围圈”一样,逐步逼近最后的结果。
1920年,挪威数学家布朗证明了定理“9+9”,由此划定了进攻“哥德巴赫猜想”的“大包围圈”。这个“9+9”是怎么回事呢?所谓“9+9”,翻译成数学语言就是:“任何一个足够大的偶数,都可以表示成其它两个数之和,而这两个数中的每个数,都是9个奇质数之积。” 从这个“9+9”开始,全世界的数学家集中力量“缩小包围圈”,当然最后的目标就是“1+1”了。
1924年,德国数学家雷德马赫证明了定理“7+7”。很快,“6+6”、“5+5”、“4+4”和“3+3”逐一被攻陷。1957年,我国数学家王元证明了“2+3”。1962年,中国数学家潘承洞证明了“1+5”,同年又和王元合作证明了“1+4”。1965年,苏联数学家证明了“1+3”。
1966年,我国著名数学家陈景润攻克了“1+2”,也就是:“任何一个足够大的偶数,都可以表示成两个数之和,而这两个数中的一个就是奇质数,另一个则是两个奇质数的积。”这个定理被世界数学界称为“陈氏定理”。
由于陈景润的贡献,人类距离哥德巴赫猜想的最后结果“1+1”仅有一步之遥了。但为了实现这最后的一步,也许还要历经一个漫长的探索过程。有许多数学家认为,要想证明“1+1”,必须通过创造新的数学方法,以往的路很可能都是走不通的。

G. 当今数学界的最新成就

希尔伯特的二十三个问题:
在1900年8月巴黎国际数学家代表大会上,希尔伯专特发表了题为《数学问属题》的著名讲演。他根据过去特别是十九世纪数学研究的成果和发展趋势,提出了23个最重要的数学问题。这23个问题通称希尔伯特问题,后来成为许多数学家力图攻克的难关,对现代数学的研究和发展产生了深刻的影响,并起了积极的推动作用,希尔伯特问题中有些现已得到圆满解决,有些至今仍未解决。他在讲演中所阐发的想信每个数学问题都可以解决的信念,对于数学工作者是一种巨大的鼓舞。

成就的话应该就是这其中一些问题的解决,比如庞加莱猜想。

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