費馬大定理的啟示:數學內容、方法的豐富促成了費馬大定理的解決

2020-12-11 究盡數學

費馬大定理的證明事件已經過去多年了,回顧起來還是會給我很大的震撼,功給了我很大的啟發。目前的社會早就已經進入了高速的知識增長、爆炸時代,而我們的教育仍然是以知識的積累為目的的,不敢說直接淘汰這種教育,但重新審視和改革是必須的。

知識的爆炸增長是全面覆蓋的,數學自然也不例外。很多年前就有人做過粗略統計說,數學界一年發表的定理高達20萬餘條,當然這其中大部分的定理都會是無人問津的。海量的、豐富的數學內容對每個數學工作者提出了什麼樣的挑戰呢?數學的發展將何去何從?該文的一些想法來源於費馬大定理的故事,關於費馬大定理的簡略介紹請參考:跨越358年的「惡作劇」:費馬大定理

數學的分支龐雜,每個分支深入研究後都能佔據一個人有限的時間和精力,而對於大多數人來說最具創造力的時光也非常有限。有人說龐加萊是最後一個數學全才;也有人說從希爾伯特之後,再也沒有能系統掌握數學的大師人物了;無論如何,現在很少有人能較全面地掌握數學,或者說在多個領域站到前沿。肯定不是現在的人比一兩百年前的人笨了,而是數學發展了、豐富了、更抽象和公理化了,想要進入一個領域的門檻,要學習的東西比之前要多得多。對於目前數學的重大發展能夠持續進行,個人以為應該有以下幾個途徑:

人的認知水平和智商的提高。

要知道知識的大爆炸也說明一點,那就是在這之前,人類從來都沒有處理過如此多的信息,很難說人類的大腦就能勝任這些工作。從感官認知的角度來講,因為有眼睛,我們能見;因為有耳朵,我們能聽;等等。單就說眼睛,也只是對可見光產生視覺,因此也很難想像能看到更多波段光的眼睛,會看到什麼樣的多彩世界?然而我們卻又不得不藉助我們的感官來認識世界。就比如在狗的視野裡,世界是黑白的,即便是看到紅色的花;那在人類的視覺看來,花是紅色的就是客觀的嗎?因為有著對應的器官,產生了相應的感官體驗。那麼有沒有什麼知覺是我們人類所沒有的,或者經過萬年的進化會不會產生新的器官和能力,來輔助認知?

大腦

如果再單說人類大腦處理問題的能力能夠量化,那麼想必每個人的這個指標是不同的,那作為整體種群來講這種指標的增長就應該是有原因的,歷史上的遠古人類的大腦效率應該是比現代人低的,那麼未來人比現代人呢?沒錯兒,有人想到了一個詞「進化」,那推動進化速度的自然就是生產實踐,而短期爆炸式產生的知識以及人腦對知識的理解、加工和運用等能動作用,是提升人類大腦能力的主要因素。

數學課題是有好壞的

數學問題的研究是需要有選擇的,並非所有問題都值得研究。這種觀點也被很多的數學大師所認同。因此,能夠判斷什麼樣的數學問題值得花費時間、精力去研究就是一個重要的素質。在個人有限的時間、精力的限制下,選擇適合自己和有價值的數學問題才是聰明的選擇。當然了,歷史上有不少的數學家在對一些問題進行探討的時候僅僅是憑藉著興趣,甚至都不考慮有什麼意義。然而尷尬的事情是,在沒有深入研究時,根本就不知道費馬大定理的價值和意義。就像費馬大定理,很長一段時間內都是一個孤立的問題,高斯就認為這是一個意義不大的問題。現在我們看到了費馬大定理絕不是一個孤立的問題,而且其證明的過程中大大地豐富和發展了數學的理論和方法,產生的影響是不可估量的。

數學的交流是必不可少的

因為每個人的知識背景和結構是有區別的,豐富的數學內容更是加大了數學家的工作難度,使得對數學對象之間的聯繫更難把握。就如懷爾斯在使用歸納法證明猜想而一籌莫展的時候,由於參加學術會議從導師科茨那了解到新的有效方法;在文稿完成後,由於自己的數學知識欠缺,找到同時凱茲幫助審查;而在劍橋大學牛頓數學所演講後,多人對其手稿進行了審查,並發現嚴重缺陷,以及缺陷的補足都是得到了泰勒等人的幫助。

對現有知識和方法的充分了解和掌握是解決問題的基石

要說懷爾斯與他人的溝通給了他至關重要的幫助,想必懷爾斯本人也不否認。但我認為更重要的是,在這之前的熱爾曼、拉梅、庫默爾、法爾廷斯、弗雷和谷山豐等人的努力同樣的不可磨滅,因為已知現有的知識或方法工具,在恰當的聯繫後也能顯示其巨大的威力,產生出深刻的結果。就如模形式理論是數論、幾何與函數論交叉的分支,而弗雷的工作把谷山-志村猜想和費馬大定理聯繫起來,至此才有了懷爾斯的工作,要知道懷爾斯研究領域雖然是橢圓曲線,但他並沒意識到這和費馬大定理能有什麼關聯。目前的學科交叉,產生了豐富的課題,這要求人們在了解現有成果的同時,必須與其他的學者進行交流。

豐富的想像力或者直觀的形象思維也是不可缺少的

要知道費馬給出的猜想,就是一個開端。而這種開端就是通過一些直觀思維給出的結果,此時是不用考慮用嚴密的邏輯去論證的,然而這卻是很多數學工作的開端。這種形象思維或直覺能力多用於數學研究的最初階段,而我們的教育卻從來都是確實這種形象思維的訓練的。

相關焦點

  • 《費馬大定理》
    本書聚焦「一個困惑了世間智者358年的謎」——費馬大定理。在安德魯·懷爾斯證明其成立,使得費馬猜想真正成為費馬大定理之前,無數數學家為證明這一猜想不懈努力,這一簡單的定理是如何提出的,數學界為證明這一定理做了哪些努力,安德魯是如何證明其成立的,了解一個定理誕生的過程,或許我們會驚嘆,數學真是神奇!
  • 費馬大定理|一場數學接力賽
    但一個月後,數學家庫默爾的一封來信粉碎了這一夢想,他指出了兩人共同犯下的邏輯錯誤,即證明所使用的「唯一因子分解」定理只適用於實數,而對兩人證明用到的虛數不一定成立。這是數學邏輯的光輝一頁,卻也是對解決費馬大定理問題的一代數學家的巨大打擊。
  • 濃墨重彩的費馬大定理證明
    費馬在手稿中未提及的這個證明方法困擾了數學家們幾個世紀之久依然懸而未決。「費馬大定理」也因此被評為「世紀數學難題」之一。儘管「費馬大定理」被許多數學先驅關注,但是在350多年的時間長河裡,這一問題始終未得到圓滿解決。出乎意料的是,它最終卻被一位質樸而又略顯羞澀的英國數學家成功地證明了。
  • 費馬大定理是怎麼證明的
    可是有多少人知道最新的數學成就呢?恐怕很難很難。數學隔行都難以溝通,更何況一般人呢。正因為如此,99%的數學很難普及,成百上千的基本概念就讓人不知所云,一些當前的熱門,如量子群、非交換幾何、橢圓上同調,聽起來就讓人發暈。幸好,還有1%的數學還能對普通的人說清楚,費馬大定理就是其中的一個。    費馬大定理在世界上引起的興趣就正如哥德巴赫猜想在中國引起的熱潮差不多。
  • 費馬大定理為什麼敢叫「大」定理?
    今天要給大家講的是數學界用350年的時間證明費馬大定理的過程中發生的一些有趣故事,讀完此文章你也許可以感受到數學的魅力。以下內容,盡情享用!1955年,28歲的谷山豐在東京的一個國際數學討論會上提出了一個猜想:橢圓方程的E-序列對應於一個特定的模形式的M-序列並完全相等。谷山-志村猜想後來成為解決費馬大定理的一把鑰匙。
  • 大話費馬大定理
    解決費馬大定理的過程可能是整個數學史上最為驚心動魄,也是最為戲劇性的一段故事,定理本身的簡潔優雅與證明過程的艱辛與繁複形成了強烈的反差,而中間經歷的各種曲折和動人的故事更為此增添了傳奇的色彩。我們的主人公費馬來自法國一個成功的商人家庭,父親是當地一家皮革廠的老闆,也是當地的第二執政官,換句話說,費馬是一個標準的富二代和官二代。
  • 費馬大定理的故事
    這就是舉世聞名的費馬大定理,數學史上也很少有定理前面加「大」字,雖然費馬本人對大定理證明一筆帶過,卻也留下了自己對這個問題的初步思考,在另外一篇文章裡,他簡單敘述了如何證明n=4的情形,但並沒有給出對其他自然數的相關證明。他的這個猜想當時在數學界引起了巨大轟動,也為數學界留下一大難題。
  • 一段300年的數理史——費馬大定理
    有人評論說費馬的數學基礎就是希臘典籍加上韋達的新代數方法。 2 費馬大定理費馬在閱讀丟番圖的《算術》一書的拉丁文譯本時,認真地研究過這些丟番圖方程。1637年,費馬曾在第11卷第8命題旁寫下了一段話:「將一個立方數分成兩個立方數之和,或一個四次冪分成兩個四次冪之和,或者一般地將一個高於二次的冪分成兩個同次冪之和,這是不可能的。
  • 費馬大定理得證歷程
    19世紀初,費馬遺留的其他問題均告解決,只剩這一問題懸而未解,是以被稱為「費馬最後定理」(我國稱「費馬大定理」)。不存在正整數X,Y,Z,使得X^n+Y^n=Z^n(n為大於2的正整數)1676年數學家根據費馬的少量提示用無窮遞降法證明了n=4。
  • 安德魯·懷爾斯的費馬大定理證明歷程
    費馬大定理有那麼多難以置信的傳奇性經歷:歷時358年,橫跨數學多個分支,涉及歷代名家大師,深感驚嘆!
  • 費馬大定理,數學最大的浪漫
    —費馬大定理。由華東師大二附中附屬初中國際部「數學嘉年華」活動組提供。聽到「費馬」這個名字,不知道大家會想到什麼呢?解析幾何?微積分?概率論?費馬小定理?……小先生就來講講費馬最後的定理——費馬大定理                   我們熟知的費馬做過很多數學上的貢獻,但其實,他的主業是一名律師,而數學家只是他的業餘身份,他也因此獲得了「業餘數學家之王」的稱號。    下面讓我們通過一個遊戲來了解一下他對概率論的貢獻吧:    假設有兩個賭徒,每一局中他倆贏的機會相等。
  • 世界三大數學難題之——費馬猜想(又名費馬大定理)
    費馬最後定理在中國習慣稱為費馬大定理,西方數學界原名「最後」的意思是:其它猜想都證實了,這是最後一個。著名的數學史學家貝爾(E. T. Bell)在20世紀初所撰寫的著作中,稱皮耶·德·費馬為」業餘數學家之王「。貝爾深信,費馬比皮耶·德·費馬同時代的大多數專業數學家更有成就。17世紀是傑出數學家活躍的世紀,而貝爾認為費馬是17世紀數學家中最多產的明星。
  • 一個文科生講費馬大定理的前世今生
    根據文獻記載,周朝的數學家商高明確提出了 「勾三、股四、弦五 」,故又有人稱之為 「商高定理 」。但是,我們中國人現在講的數學,嚴格地說,應該叫算學。中國有很豐富的數學典籍,比如《周髀算經》《九章算術》,這些典籍都有一個鮮明的特徵 ——中國人的數學是為了實用。
  • 費馬大定理是啥?有啥用?
    《數學通識50講》1、費馬大定理是啥?有啥用?很多人都聽說過費馬大定理,但具體是啥恐怕說不上來。讓我意外並長見識的是,今天區塊鏈技術用到的橢圓加密方法,就是以它為基礎的。2、著名的希爾伯特第十問題又是啥?有啥用?通過它能理解數學的邊界,這是一個硬的邊界。3、高深的理論數學研究有啥用?
  • 費馬大定理:從赫克代數到橢圓曲線,一部輝煌的數學史詩
    .但是人們感覺畢竟是從另外的角度向費馬大定理靠近,而且有希望從代數幾何方面獲得解決費馬大定理的有力工具.也不成立,那麼反過來,就可以用TSW猜想來推出費馬大定理。並在6月安排了演講,演講中他隻字不提費馬大定理,而是在最後說「這樣我就證明了TSW猜想」,在場的所有人都知道證明了TSW,就證明了費馬大定理。歡呼過後,開始了嚴格的審查。然而在8月份,凱茲發現了一個錯誤,並且無法補救,12月,他只好發電子郵件說「發現了問題」。
  • ...人類358年的世紀難題|安德魯·懷爾斯|數學|費馬大定理|費馬|數論
    證明人在板書後,來源:紀錄片《費馬大定理》「咔擦」,一道閃光燈亮起,打破了沉默,繼而響起雷鳴般的掌聲,經久不息。消息立刻傳遍世界,這是當時絕對的熱搜。《世界報》的頭版稱「費馬大定理獲得解決」,《紐約時報》頭版寫道《終於歡呼「我發現了!」久遠的數學之謎獲解》,《人物》雜誌將他與黛安娜王妃等人列為「年度25位最具魅力者」之一。
  • 費馬大定理:一部跨時代的驚險小說
    在讓兩位數學家感到羞恥的同時,庫默爾也證明了費馬大定理的完整證明是當時的數學方法不可能實現的。這是數學邏輯的光輝一頁,也是對整整一代數學家的巨大打擊。20世紀,數學開始轉向各種不同的研究領域並取得非凡進步。
  • 從3到n:費馬大定理得證歷程
    19世紀初,費馬遺留的其他問題均告解決,只剩這一問題懸而未解,是以被稱為「費馬最後定理」(我國稱「費馬大定理」)。 費馬大定理 不存在正整數x、y、z,使得xn+yn=zn;n為大於2的正整數。數學迷們對此趨之若鶩,紛紛把「證明」寄給數學家,期望憑短短幾頁初等變換奪取桂冠。德國數學家蘭道印製了一批明信片由學生填寫:「親愛的先生或女士:您對費馬大定理的證明已經收到,現予退回,第一個錯誤出現在第_頁第_行。」 在解決問題的過程中,數學家們不但利用了廣博精深的數學知識,還創造了許多新理論新方法,對數學發展的貢獻難以估量。
  • 數理史上的絕妙證明:費馬大定理
    來源:「返樸」公眾號(ID:fanpu2019)作者:曹則賢(中國科學院物理研究所研究員)費馬宣稱自己證明了但在書邊寫不下證明過程的那個猜想,後來變成了費馬大定理。三百多年來,費馬大定理的證明吸引了大批數學家前僕後繼,也產生了諸多無心插柳式的成果。如今,費馬大定理算是得到了證明,但也許我們還是可以期待費馬曾以為得到過的那種簡明的證明。
  • 數理史上的絕妙證明:費馬大定理|賢說八道
    費馬宣稱自己證明了但在書邊寫不下證明過程的那個猜想,後來變成了費馬大定理。三百多年來,費馬大定理的證明吸引了大批數學家前僕後繼,也產生了諸多無心插柳式的成果。如今,費馬大定理算是得到了證明,但也許我們還是可以期待費馬曾以為得到過的那種簡明的證明。