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費馬大定理:一個困惑了世間智者358年的謎

 百眼通 2017-09-03

本書是一本個人勵志書(開玩笑的說法),同時也是一本帶有哲學意味的數(shù)學發(fā)展簡史,非常值得推薦。

書中有兩條主線,一條是數(shù)學發(fā)展的哲學史,一條是解開費馬大定理之謎的懷爾斯歷經(jīng)十年臥薪嘗膽最終摘取這顆數(shù)學上璀璨明珠。

數(shù)學從畢達哥拉斯時代開始,他認為尋找一個數(shù)學證明就是尋找一種認識,這種認識比任何別的訓(xùn)練所積累的認識都更不容置疑。

畢達哥拉斯向人們展示了數(shù)學的真理可以應(yīng)用于科學世界并為其提供邏輯基礎(chǔ)。數(shù)學賦予科學一個嚴密的開端,在這個絕對不會出錯的基礎(chǔ)上科學家再添加上不精確的測量和有缺陷的觀察。與任何別的學科相比,數(shù)學遠不是一門主觀的學科。他的信徒們并不需要他們的大師來裁決一個特定的理論的正確與否,理論的正確性不依賴于人的看法。相反,數(shù)學邏輯的解釋已經(jīng)成為真理的仲裁者。這是畢達哥拉斯學派對文明的最偉大的貢獻——一個獲得真理的方法,它不會像人類判斷那樣難免出錯。而且最近2500年以來,驅(qū)使著數(shù)學家們的正是這種以證明的方法發(fā)現(xiàn)最終真理的欲望。

20世紀初,大數(shù)學家希爾伯特將數(shù)學歷史上23個未解決問題總結(jié)為最需要解決的重要問題;并且提出重建復(fù)雜無比數(shù)學大廈,按照最嚴格的邏輯標準對數(shù)學家認為他們已經(jīng)知道的東西進行整頓。然而在1931年,一位不出名的25歲的數(shù)學家發(fā)表了一篇注定會永遠毀滅希爾伯特的希望的論文。庫特·哥德爾迫使數(shù)學家們承認數(shù)學永遠不可能是邏輯上完美無缺的,他的論文中蘊含著像費馬大定理這類問題可能是無法解決的這種觀念。

哥德爾證明了要想創(chuàng)立一個完全的、相容的數(shù)學體系是一件不可能做到的事情。他的思想可以濃縮為兩個命題。 第一不可判定性定理如果公理集合論是相容的,那么存在既不能證明又不能否定的定理。 第二不可判定性定理不存在能證明公理系統(tǒng)是相容的構(gòu)造性過程。雖然哥德爾的第二個定理說,不可能證明公理系統(tǒng)是相容的,但這并不一定意味著它們是不相容的。

在此交集過程中,懷爾斯出場了,從358年前費 馬在一份手稿邊提出了這個猜想,并且略顯神秘的寫道:我有了絕妙的證明辦法,但是這里不夠我寫下他們。一個絕世大猜想被提出,橫亙在數(shù)學界達四個世紀之久,而其表述任何一個小學生都可以看明白:當整數(shù)n >2時,關(guān)于x, y, z的方程 x^n + y^n = z^n 沒有正整數(shù)解。

懷爾斯從10歲開始了解這個猜想,就開始了他的攀登之路。幾個世紀間,很多先賢大師都在這條充滿荊棘道路上鎩羽而歸,但都留下了各種豐厚的遺產(chǎn)。20世紀是大師輩出的年代,從谷山-志村猜想(橢圓方程和模形式之間是一一對應(yīng)的)提出,到弗賴證明如果費馬猜想如果正確,那么谷山-志村猜想必然正確,指明了證明費馬大定理的曲折道路。

懷爾斯讀研究生時候,導(dǎo)師給他的研究方向就是橢圓方程,當世沒有比他更熟悉這個領(lǐng)域的數(shù)學家。因此當弗賴指明方向后,懷爾斯意識到他實現(xiàn)兒時夢想的機會來了。但是他采用了最原始的數(shù)學研究方法,完全封閉做研究,既有遠離喧囂的考慮,也有爭取獨得榮譽的想法。在經(jīng)歷了十年的臥薪嘗膽之后,終于完成了這個世紀難題。

在懷爾斯經(jīng)受嚴峻考驗的8年中,他實際上匯集了20世紀數(shù)論中所有的突破性工作,并把它們?nèi)诤铣梢粋€萬能的證明。他創(chuàng)造了全新的數(shù)學技術(shù),并將它們和傳統(tǒng)的技術(shù)以人們從未考慮過的方式結(jié)合起來。通過這樣的做法,他開辟了處理為數(shù)眾多的其他問題的新思路。更為重要的是,懷爾斯使更宏偉的羅伯特·朗蘭茲的統(tǒng)一計劃——朗蘭茲綱領(lǐng)跨出了第一步?,F(xiàn)在,在數(shù)學的其他領(lǐng)域之間證明統(tǒng)一化猜想的努力又重新恢復(fù)。

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