什么是数论?

由:罗伯特·兰姆

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你和数字有什么关系?
安德里亚·皮斯托雷西/影像银行/盖蒂图片社

任何坠入爱河的人都会告诉你,对方的一些小事才是最重要的。在一天结束时分享的傻乎乎的内部笑话。对方早上喝咖啡的习惯。他或她让旧平装书堆在床头柜上的样子。这些相互关联的细节定义了我们。它们追踪我们个性的潜流,通过敏锐而充满爱意的眼睛,它们照亮了真正的美。

在一些人看来,没有比数学更美的了。他们看着数字世界就像你永远不会只根据你所爱的人的职业来定义他或她头发的颜色在美国,数学爱好者看到的不仅仅是数字的功能。6号、28号和496号之类的东西变得比简单的信息载体更崇高。独立于它们的使用,数字成为迷人的实体,它们的数学关系表达了支撑自然本身的庞大系统的复杂性。

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研究那些有时微妙而深远的关系是数论,有时被称为高等算术. 数字理论家仔细研究数字的性质整数,你知道的自然数是-1、-2、0、1、2等等。这部分是理论性的,部分是实验性的,因为数学家们试图发现迷人的甚至出乎意料的数学互动。

什么样的关系?实际上,我们根据整数之间的关系将它们分为不同的数字类型。当然有,奇数(1,3,5…),不能平均分配,以及偶数(2,4,6…),它可以。有平方数它是由另一个数与自身相乘得到的。例如,2 × 2 = 4和3 × 3 = 9,所以4和9都是平方数。1 (1 × 1 = 1)和9801 (99 × 99 = 9801)也是如此。我们也将这四个例子表示为22, 32, 12和992

现在,让我们为这个示例添加另一层复杂的内容。在某些情况下,我们可以把平方数相加得到其他平方数,我们称之为a毕达哥拉斯的三倍,因为它们适合勾股定理(一个2+b2= c2).一个例子是32+ 42= 52,或3,4,5。

数论包括分析这些数学关系,以及提出有关它们的新问题。但究竟什么是数字理论?为什么一些数学问题几个世纪以来都没有答案?

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数论中的问题

因此,数学世界提供了许多数字类型,每种类型都有其特定的属性。数学家阐述了有关数字和数字群之间关系的理论。他们坚定地坚持自己的理论公理(先前确定的声明被认为是真实的)以及定理(基于其他定理或公理的陈述)。

建立一个崭新的,数学理论,却提出了一个关于数字关系的理论问题。例如,两个立方体的和可以是一个立方体吗?还记得上一页的勾股定理吗?这三个数,如(3,4,5),解方程a2+b2= c2.但是a呢?3.+b3.= c3.?数学家皮埃尔·德·费马(Pierre de Fermat)也对立方体提出了同样的问题,1637年,他声称自己已经算出了一个数学公式证明通过一行行艰苦的逻辑,毫无疑问地表明,不,两个立方体的和不可能是一个立方体。我们称之为费马最后定理.不幸的是,费马没有在他的笔记中提供完整的证明,只是写道:“我对这个命题有一个真正了不起的证明,但这一空白太窄,无法包含”[来源:新星].

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三个半世纪之后,世界各地的数学家徒劳地试图重新发现费马的证明。这个任务是什么?除了学术自豪感和对纯粹抽象数学的热爱,什么都没有。然后在1993年,借助费马时代未发现的计算数学,英国数学家安德鲁·威尔斯成功地证明了这个有356年历史的定理。专家们仍在争论费马是否真的在他的著作中找到了这样一个惊人的证据运用年龄或者他是否搞错了。

数论中的其他问题与数字或数群中各种感知或理论模式有关。这一切都始于智能思维最关键的方面:模式识别。布朗大学数学教授约瑟夫·h·西尔弗曼列出了数论的五个基本步骤:

  • 积累数学或抽象数据。
  • 检查数据并搜索模式或关系。
  • 制定一个猜想(通常以方程式的形式)来解释这些模式或关系。
  • 用额外的数据检验这个猜想。
  • 设计一个证明这个猜想是正确的。证明应从已知事实开始,以期望的结果结束。

因此,费马大定理在过去的356年里只是一个猜想,直到1993年才成为一个真正的定理。其他的,比如欧几里得的无限素数证明(它证明了素数自公元前300年以来,它一直是数学推理的坚实模型。还有一些新的和旧的数论猜想仍然没有得到证实。

数字是无限的,因为人类的理解是有限的,所以数论及其各个分支领域将继续吸引数学爱好者的注意力。旧问题可能会消失,但新的和更复杂的猜测将会出现。

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来源

  • 桑德琳,威廉·J。《初等数论》多佛出版公司1990。
  • 西尔弗曼,约瑟夫·H。《对数论的友好介绍》1997.普伦蒂斯霍尔。
  • "解决费马:安德鲁·怀尔斯"网上新星。2000年11月。(2011年6月9日)http://www.pbs.org/wgbh/nova/proof/wiles.html

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