大新聞!42 也被人類寫成了三個整數的立方和

2021-02-19 SegmentFault

數論領域下有一大分支叫丟番圖方程:有一個或者幾個變量的整係數方程,它們的求解僅僅在整數範圍內進行。

丟番圖(Diophantine)是一位古希臘的大數學家,為第一位懂得使用符號代表數來研究問題的人。其中丟番圖最著名的事跡可能就是他的墓志銘——曾經連續多年出現在各地中小學生的寒假作業擴展訓練上:

墳中安葬著丟番圖,多麼令人驚訝,它忠實地記錄了所經歷的道路。

上帝給予的童年佔六分之一,又過十二分之一,兩頰長胡,再過七分之一,點燃起結婚的蠟燭。

五年之後天賜貴子,可憐遲到的寧馨兒,享年僅及其父之半,便進入冰冷的墓。

悲傷只有用數論的研究去彌補,又過四年,他也走完了人生的旅途。 

丟番圖方程的問題至少可以追溯到 1825 年,數學家想知道,如果給定整數 K,是否存在整數 X、Y、Z,滿足:

X^3 + Y^3 + Z^3 = K。

在今年之前,100 以內還沒有寫成 3 個整數立方和的數只有 33 和 42 了。當然,嚴謹的說9n±4的這些自然數除外,因為它們不可能寫成這樣的等式。

為此,數學家和愛好者們一直在為這兩個數字努力著。看到這兒,是不是不知道數學家們的目的是啥?

Alex Kontorovich 在 Twitter 上解釋了這一進展的重要性。

哪些自然數可以表示成三個整數的立方和,這一問題是現代分析數論的禍根;它令人如此尷尬,以至於我們無法理解數字與數字之間到底有什麼本質區別。經過長時間的努力,對於100以內的數字,我們統統找到了解——除了33和42。

但感謝 Andrew R. Booker,33 被搞定了:


33=(8866128975287528)^3 +(- 8778405442862239)^3 +(- 2736111468807040)^3

今年年初,Andrew 發表了一篇題為 《Cracking the problem with 33》的論文,解釋了他是如何在K=33時,尋找到了方程的解。即使動用了複雜的數學工具來縮小可能解的範圍,計算機搜索仍然需要一段時間:「用了15個核·年的計算時間,實際費時3周。」

年初的時候 33 解決了,現在 42 也被解決了,100 以內沒有對手了,你說這新聞大不大?

前幾天,有人在了麻省理工學院數學系的網頁上貼上了一個等式,網頁同樣很簡單,但沒給出結果:

(-80538738812075974)^3 + 80435758145817515^3 + 12602123297335631^3

不過顯而易見:


流弊!

在推特上,菲爾茲獎得主高爾斯也轉發了這個結果。

於是下面這句話成為定理:

除了9n±4型自然數外,所有 100 以內的自然數都能寫成三個整數的立方和。

這意味著,最小的沒被寫成三個整數立方和的自然數為 114。

此刻又要有人要問,這個結果有什麼用?

數學家們負責發現數學規律,有沒有用之類的問題不是數學家必須回答的 —— 但是搞這個本身很好玩不是嗎?

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