數學家用 50 萬臺計算機解決 42 的三立方數和之謎

2020-12-14 IT之家

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每一個整數是否可以表示為三個整數的立方和?

這個聽起來簡單的問題,實際上卻異常複雜。讓我們用數學的語言來表述這個問題:是否存在整數k、x、y、z,使得對於所有的k,它們都滿足丟番圖方程:

k = x³+ y³+ z³。

丟番圖方程是一種代數結構,其獨特的性質已讓數學家為之著迷了上千年。自上個世紀50年代Louis J.Mordell以來,數學家們就一直在研究該丟番圖方程的解。對於有些數字來說,找到方程的解是很容易的。比如當k=29時,k = 3³+1³+1³。但這個問題很快就變得棘手起來,有一些有趣的答案即便真的存在,似乎也根本不可能被計算出來,因為所需要的數字是如此之大。

漸漸地,隨著精密複雜的技術和現代計算機的出現,在100以內,除了那些已被證明是不可能以3個整數的立方和出現的數字之外,幾乎每一個k值都已經被求了出來的——最後剩下的只有兩個,也是最難的兩個:33和42。

到了2019年3月,英國布裡斯託大學的數學家Andrew Booker在超級計算機的幫助下,花了數周的時間終於找到了33的答案。在過去的64年中,數學家之所以沒能找到33的解,是因為在Booker設計出他的算法之前,他們的搜索範圍延伸到了遠到不切實際的數軸遠端,一直到±10¹⁶。

k=33的破解意味著,最後一個未被解決的數字只剩下道格拉斯·亞當斯的粉絲們最喜歡的那個。

然而,解決42就需要進入另一個複雜度。Booker聯手麻省理工的數學教授Andrew Sutherland,共同對42發起進攻。

他們通過使用慈善引擎來尋找答案。慈善引擎是一個計算平臺,它利用50萬臺家用電腦未使用的處理能力來產生一種全球超級計算機。

在經歷了漫長的計算之後,最終,他們得到了答案:

42 =

(-80538738812075974)³

+ 80435758145817515³

+ 12602123297335631³

生命、宇宙、萬物的終極答案是42。現在,數學家終於譜寫了42的三個整數的立方和。Booker感到如釋重負。他表示,在這樣一個遊戲中,根本無法確定能找到什麼。這有點像是預測地震,只能憑藉著一些粗略的概率進行計算。因此在這個遊戲中,你可能在幾個月之內就能找到想要的答案,也可能要再過一個世紀才能找到答案。

截止目前為止,在k<1000的數字中還有幾個數字未找到解,比如390、579、627、795、975等。但Booker和Sutherland更感興趣的卻是數字3。數學家已經證明了1和2有無窮多個可預測模式的解,但他們卻只找到了3的兩個最平凡的、最簡單的解:1³+ 1³+ 1³= 3和4³+ 4³+ (-5)³= 3,他們仍然想知道何時還能出現另一個更大的解。

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