Задачы тысячагоддзя |
---|
Роўнасць класаў P і NP |
Гіпотэза Ходжа |
Гіпотэза Рымана |
Квантавая тэорыя Янга — Мілса |
Існаванне і гладкасць рашэнняў ураўненняў Наўе — Стокса |
Гіпотэза Бёрча — Свінертан-Даера |
Гіпо́тэза Ры́мана - здагадка аб размеркаванні нулёў дзэта-функцыі Рымана. Яна сцвярджае, што ўсе нетрывіяльныя нулі Рыманавай дзэта-функцыі маюць рэчаісную частку 12. Гіпотэза была сфармулявана Бернхардам Рыманам у 1859 годзе.
Пакуль невядома якой-небудзь заканамернасці, якая апісвала б размеркаванне простых лікаў сярод натуральных. Рыман выявіў, што колькасць простых лікаў, не большых за x, — функцыя размеркавання простых лікаў, якая абазначаецца праз π(x), — выражаецца праз размеркаванне так званых «нетрывіяльных нулёў» дзэта-функцыі.
Многія сцвярджэнні аб размеркаванні простых лікаў, у тым ліку аб вылічальнай складанасці некаторых цэлалікавых алгарытмаў, даказаныя пры дапушчэнні справядлівасці гіпотэзы Рымана.
Гіпотэза Рымана ўваходзіць у спіс сямі «праблем тысячагоддзя», за рашэнне кожнай з якіх Матэматычны інстытут Клэя (Clay Mathematics Institute, Кембрыдж, Масачусетс) выплаціць узнагароду ў адзін мільён долараў ЗША. У выпадку апублікавання контрпрыкладу да гіпотэзы Рымана, вучоны савет інстытута Клэя мае права вырашыць, ці можна лічыць гэты контрпрыклад канчатковым рашэннем праблемы, ці праблему можна перафармуляваць у вузейшай форме і пакінуць адкрытай (у апошнім выпадку аўтару контрпрыкладу можа быць выплачана невялікая частка ўзнагароды)[1][2].
Фармулёўка
Дзэта-функцыя Рымана вызначана для ўсіх камплексных і мае нулі ў адмоўных цотных .
З функцыянальнага ўраўнення
і яўнага выразу
- пры
дзе — функцыя Мёбіуса, вынікае, што ўсе астатнія нулі, якія называюцца «нетрывіяльнымі», размяшчаюцца ў паласе сіметрычна адносна так званай «крытычнай лініі» .
Гіпотэза Рымана
Гіпотэза Рымана сцвярджае, што:
- Усе нетрывіяльныя нулі дзэта-функцыі маюць рэчаісную частку, роўную 12.
Абагульненая гіпотэза Рымана
Абагульненая гіпотэза Рымана складаецца з таго ж самага сцвярджэння для абагульненняў дзэта-функцыі, якія называюцца L-функцыямі Дзірыхле.
Раўназначныя фармулёўкі
У 1901 годзе Хельге фон Кох паказаў, што гіпотэза Рымана раўназначная наступнаму сцвярджэнню аб размеркаванні простых лікаў:
- при
Ёсць яшчэ некалькі раўназначных фармулёвак:
- Для ўсіх выконваецца няроўнасць
- Для ўсіх справядліва няроўнасць
- Для ўсіх верная няроўнасць
- дзе σ(n) — функцыя дзельнікаў ліку n, а γ — пастаянная Эйлера — Маскероні[3].
- Для ўсіх спраўджваецца няроўнасць
- дзе Hn — n-ы гарманічны лік[4].
- Для любога дадатнага выконваецца няроўнасць
- дзе M(n) — функцыя Мертэнса, гл. таксама абазначэнне O вялікае. Мацнейшая гіпотэза была абвергнута ў 1985 годзе[5].
- Гіпотэза Рымана раўназначная наступнай роўнасці:
- .
- Калі гіпотэза Рымана несправядлівая, то існуе алгарытм, які рана ці позна выявіць яе парушэнне. Адсюль вынікае, што калі адмаўленне гіпотэзы Рымана недаказальнае ў арыфметыцы Пеана, то гіпотэза Рымана верная.
- Гіпотэза Рымана таксама раўназначная сцвярджэнню, што наступнае дыяфантава ўраўненне не мае рашэнняў у неадмоўных цэлых ліках:
Гісторыя
У 1896 годзе Адамар і Вале-Пусен незалежна даказалі, што нулі дзэта-функцыі не могуць ляжаць на прамых і .
У 1900 годзе Давід Гільберт уключыў гіпотэзу Рымана ў спіс 23 нерэшаных праблем як частку восьмай праблемы, сумесна з гіпотэзаю Гольдбаха.
У 1914 годзе Хардзі даказаў, што на крытычнай лініі знаходзіцца бесканечна многа нулёў, а пазней сумесна з Літлвудам даў ніжнюю ацэнку долі тых нулёў, што ляжаць на крытычнай лініі. Гэтую ацэнку потым паляпшалі розныя матэматыкі. Таксама ў 1914 годзе Я. П. Громер знайшоў неабходныя і дастатковыя ўмовы справядлівасці гіпотэзы Рымана ў аналітычнай тэорыі лікаў (няроўнасці Громера)[11].
Некаторыя нетрывіяльныя нулі размяшчаюцца экстрэмальна блізка адзін да аднаго. Гэтая ўласцівасць вядома як «з'ява Лемера»[12].
Цітчмарш і Ворас у 1987 годзе паказалі, што дзэта-функцыя можа быць раскладзена ў здабытак праз свае нетрывіяльныя нулі ў раскладанне Адамара.
На 2004 год праверана больш чым 1013 першых нулёў[13].
Група матэматыкаў Універсітэта Пердзью (ЗША) пад кіраўніцтвам Луі дэ Бранжа (Louis De Branges de Bourcia) прапанавала доказ гіпотэзы Рымана[14], які, аднак, аказаўся няправільным[1].
Меркаванні аб справядлівасці гіпотэзы
У аглядных працах (Bombieri 2000, Conrey 2003, Sarnak 2008) адзначаецца, што даныя на карысць справядлівасці гіпотэзы Рымана моцныя, але пакідаюць месца для абгрунтаваных сумненняў. Асобныя аўтары, аднак, упэўненыя ў няправільнасці гіпотэзы (напрыклад, так лічыў Джон Літлвуд).
Сярод вынікаў, якія дазваляюць дапускаць праўдзівасць гіпотэзы, можна выдзяліць паспяховы доказ падобных гіпотэз (у тым ліку, гіпотэзы Рымана аб мнагастайнасцях над канечнымі палямі[15]). Гэта найбольш моцны тэарэтычны довад, які дазваляе меркаваць, што ўмова Рымана выконваецца для ўсіх дзэта-функцый, звязаных з аўтаморфнымі адлюстраваннямі, што ўключае класічную гіпотэзу Рымана. Ісціннасць аналагічнай гіпотэзы ўжо даказана[16] для дзэта-функцыі Сельберга, у нечым падобнай на функцыю Рымана, і для дзэта-функцыі Госа (аналаг дзэта-функцыі Рымана для функцыянальных палёў).
З другога боку, некаторыя з дзэта-функцый Эпштэйна не задавальняюць умову Рымана, хоць і маюць бесканечны лік нулёў на крытычнай лініі. Аднак гэтыя функцыі не выражаюцца праз рады Эйлера і не звязаныя напрамую з аўтаморфнымі адлюстраваннямі.
Да «практычных» довадаў на карысць справядлівасці Рыманавай гіпотэзы адносіцца вылічальная праверка вялікай колькасці нетрывіяльных нулёў дзэта-функцыі ў рамках праекта ZetaGrid.
Звязаныя праблемы
Дзве гіпотэзы Хардзі — Літлвуда
У 1914 годзе Годфры Харальд Хардзі даказаў[17], што функцыя мае бесканечна многа рэчаісных нулёў.
Няхай ёсць колькасць рэчаісных нулёў, а колькасць нулёў няцотнага парадку функцыі , якія ляжаць на прамежку .
Дзве гіпотэзы Хардзі і Літлвуда[18] (аб адлегласці паміж рэчаіснымі нулямі і аб шчыльнасці нулёў на прамежках пры досыць вялікім , і як можна меншым значэнні , дзе адвольна малы лік), вызначылі два напрамкі ў даследаванні дзэта-функцыі Рымана:
- Для любога існуе , такое што пры і прамежак утрымлівае нуль няцотнага парадку функцыі .
- Для любога існуюць такія і , што пры і справядліва няроўнасць .
Гіпотэза А. Сельберга
У 1942 годзе Атле Сельберг даследаваў праблему Хардзі — Літлвуда 2 і даказаў, што для любога існуюць і , такія што для і справядліва няроўнасць .
У сваю чаргу, Атле Сельберг выказаў гіпотэзу[19], што можна паменшыць паказчык ступені для велічыні .
У 1984 годзе А. А. Карацуба даказаў[20][21][22], што пры фіксаваным з умоваю , даволі вялікім і , прамежак утрымлівае не менш за рэчаісных нулёў дзэта-функцыі Рымана . Тым самым ён пацвердзіў гіпотэзу Сельберга.
Ацэнкі А. Сельберга і А. А. Карацубы з’яўляюцца непаляпшальнымі па парадку росту пры .
У 1992 годзе А. А. Карацуба даказаў[23], што аналаг гіпотэзы Сельберга справядлівы для «амаль усіх» прамежкаў , , дзе — адвольна малы фіксаваны дадатны лік. Метад, распрацаваны Карацубам, дазваляе даследаваць нулі дзэта-функцыі Рымана на «звышкароткіх» прамежках крытычнай прамой, г.зн. на прамежках , даўжыня якіх расце павольней за любую, нават адвольна малую, ступень . Сярод іншага, ён даказаў, што для любых зададзеных лікаў , з умоваю амаль усе прамежкі пры утрымліваюць не менш чым нулёў функцыі . Гэтая ацэнка вельмі блізкая да тае, што вынікае з гіпотэзы Рымана.
Цікавыя факты
- Вядомы адказ Гільберта на пытанне, якія будуць яго дзеянні, калі ён па нейкай прычыне праспіць пяцьсот гадоў і раптам прачнецца. Матэматык адказаў, што перш за ўсё спытае, ці была даказана гіпотэза Рымана.
- Гіпотэза Рымана адносіцца да знакамітых адкрытых праблем матэматыкі, у лік якіх у свой час уваходзіла і тэарэма Ферма. Як вядома, Ферма зрабіў запіс аб тым, што даказаў сваю тэарэму, не пакінуўшы самога доказу, і тым самым кінуў выклік наступным пакаленням матэматыкаў. Брытанскі матэматык Г. Х. Хардзі скарыстаў сітуацыю з гэтымі праблемамі для забеспячэння ўласнай бяспекі ў час марскіх падарожжаў. Кожны раз перад адпраўкаю ў падарожжа ён адпраўляў аднаму са сваіх калег тэлеграму: ДАКАЗАЎ ГІПОТЭЗУ РЫМАНА КРПК ПАДРАБЯЗНАСЦІ ПА ВЯРТАННІ КРПК. Хардзі лічыў, што бог не дапусціць паўтарэння сітуацыі з тэарэмаю Ферма і дазволіць яму шчасліва вярнуцца з плавання[24].
Гл. таксама
- Адкрытыя матэматычныя праблемы
Зноскі
- 1 2 Weisstein, Eric W.. Riemann Hypothesis . MathWorld.
- ↑ Rules for the Millennium Prizes Архівавана 10 снежня 2011.
- ↑ Гэта выглядае дзіўнавата, бо
Няроўнасць парушаецца пры n = 5040 і некаторых меншых значэннях, але Гай Робін у 1984 годзе паказаў, што яно выконваецца для ўсіх большых цэлых, калі спраўджваецца гіпотэза Рымана. - ↑ Jeffrey C. Lagarias (2002). "An elementary problem equivalent to the Riemann hypothesis". The American Mathematical Monthly. 109 (6): 534–543. doi:10.2307/2695443. JSTOR 2695443. MR 1908008.
- ↑ Andrew Odlyzko, Herman te Riele (1985). "Disproof of the Mertens conjecture". Journal für die reine und angewandte Mathematik. 357: 138–160. MR 0783538. Архівавана з арыгінала 11 ліпеня 2012. Праверана 10 чэрвеня 2014.
{{cite journal}}
: Невядомы параметр|deadurl=
ігнараваны (прапануецца|url-status=
) (даведка) Архіўная копія . Архівавана з першакрыніцы 11 ліпеня 2012. Праверана 10 чэрвеня 2014. - ↑ Yuri Matiyasevich, Hilbert’s Tenth Problem: What was done and what is to be done Архівавана 13 чэрвеня 2010.
- ↑ Матиясевич Ю. В. Десятая проблема Гильберта. — Наука, 1993.
- ↑ Jones J. P., Undecidable diophantine equations
- ↑ Martin Davis, Diophantine Equations & Computation Архівавана 24 мая 2010.
- ↑ Martin Davis, The Incompleteness Theorem
- ↑ Громмер Яков Пинхусович // Сотрудничество Беларусь — ЕС: наука и культура (руск.)
- ↑ Weisstein, Eric W.. Lehmer's Phenomenon . MathWorld.
- ↑ Ed Pegg Jr. «Ten Trillion Zeta Zeros» (англ.)
- ↑ Purdue mathematician claims proof for Riemann hypothesis. Purdue News
- ↑ Deligne P. (1974). "La conjecture de Weil. I". Publications Mathématiques de l'IHÉS. 43: 273–307. doi:10.1007/BF02684373. MR 0340258.
- ↑ Sheats J. (1998). "The Riemann hypothesis for the Goss zeta function for Fq[T]". Journal of Number Theory. 71 (1): 121–157. doi:10.1006/jnth.1998.2232.
- ↑ Hardy, G.H. (1914). "Sur les zeros de la fonction ". Comp. Rend. Acad. Sci. (158): 1012–1014.
- ↑ Littlewood, J.E. (1921). "The zeros of Riemann's zeta-function on the critical line". Math. Zeits. (10): 283–317.
- ↑ Selberg, A. (1942). "On the zeros of Riemann's zeta-function". Shr. Norske Vid. Akad. Oslo (10): 1–59.
- ↑ Карацуба, А. А. (1984). "О нулях функции ζ(s) на коротких промежутках критической прямой". Изв. РАН. Сер. матем. (48:3): 569–584.
- ↑ Карацуба, А. А. (1984). "Распределение нулей функции ζ(1/2 + it)". Изв. РАН. Сер. матем. (48:6): 1214–1224.
- ↑ Карацуба, А. А. (1985). "О нулях дзета-функции Римана на критической прямой". Труды МИАН (167): 167–178.
- ↑ Карацуба, А. А. (1992). "О количестве нулей дзета-функции Римана, лежащих на почти всех коротких промежутках критической прямой". Изв. РАН. Сер. матем. (56:2): 372–397.
- ↑ С. Сингх Великая теорема Ферма. ISBN 5-900916-61-8
Літаратура
- Воронин С. М., Карацуба А. А. Дзета-функция Римана. — М.: Физматлит, 1994.
- Дербишир, Джон. Простая одержимость. Бернхард Риман и величайшая нерешенная проблема в математике. Астрель, 2010. 464 с. ISBN 978-5-271-25422-2.
- Николенко С. Проблемы 2000 года: гипотеза Римана // Компьютерра. — 2005. — В. 35.
- Bombieri, Enrico (2000). The Riemann Hypothesis - official problem description (PDF). Clay Mathematics Institute. Праверана 2008-10-25.
{{cite book}}
: Шаблон цытавання мае пусты невядомы параметр:|1=
(даведка) - Conrey, Brian (2003). The Riemann Hypothesis (PDF). Notices of the American Mathematical Society. pp. 341–353.
- Sarnak, Peter (2008). "Problems of the Millennium: The Riemann Hypothesis". In Borwein, Peter; Choi, Stephen; Rooney, Brendan; Weirathmueller, Andrea (рэд-ры). The Riemann Hypothesis (PDF). CMS Books in Mathematics. New York: Springer. pp. 107–115. ISBN 978-0387721255. Архівавана з арыгінала (PDF) 15 лістапада 2012. Праверана 10 чэрвеня 2014.
{{cite book}}
: Невядомы параметр|deadurl=
ігнараваны (прапануецца|url-status=
) (даведка) Архівавана 15 лістапада 2012.
Спасылкі
- Len Goodman and Eric W. Weisstein.. Riemann Hypothesis . MathWorld.