Проблемы Гильберта

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

Пробле́мы Ги́льберта — список из 23 кардинальных проблем математики, представленный Давидом Гильбертом на II Международном Конгрессе математиков в Париже в 1900 году. Тогда эти проблемы (охватывающие основания математики, алгебру, теорию чисел, геометрию, топологию, алгебраическую геометрию, группы Ли, вещественный и комплексный анализ, дифференциальные уравнения, математическую физику и теорию вероятностей, а также вариационное исчисление) не были решены. На данный момент решены 16 проблем из 23. Ещё 2 не являются корректными математическими проблемами (одна сформулирована слишком расплывчато, чтобы понять, решена она или нет, другая, далёкая от решения, — физическая, а не математическая). Из оставшихся пяти проблем две не решены никак, а три решены только для некоторых случаев.





Список проблем

Статус Краткая формулировка Результат Год решения
1 решена[1] Проблема Кантора о мощности континуума (Континуум-гипотеза) Неразрешима в ZFC 1963
2 нет консенсуса[2] Непротиворечивость аксиом арифметики. Требует уточнения формулировки
3 решена Равносоставленность равновеликих многогранников Опровергнута 1900
4 слишком расплывчатая Перечислить метрики, в которых прямые являются геодезическими[уточнить] Требует уточнения формулировки[3]
5 решена Все ли непрерывные группы являются группами Ли? Да 1953
6 частично решена[4] Математическое исследование аксиом физики Зависит от интерпретации исходной постановки проблемы
7 решена Является ли число <math>2^{\sqrt{2}}</math> трансцендентным (или хотя бы иррациональным).[5]</td> Да 1934
8 частично решена[6] Проблема простых чисел (гипотеза Римана и проблема Гольдбаха) Доказана тернарная гипотеза Гольдбаха[7][8][9][10].
9 частично решена[11] Доказательство наиболее общего закона взаимности в любом числовом поле Доказана для абелевого случая
10 решена[12] Есть ли универсальный алгоритм решения диофантовых уравнений? Нет 1970
11 частично решена Исследование квадратичных форм с произвольными алгебраическими числовыми коэффициентами
12 не решена Распространение теоремы Кронекера об абелевых полях на произвольную алгебраическую область рациональности
13 решена Можно ли решить общее уравнение седьмой степени с помощью функций, зависящих только от двух переменных? Да 1957
14 решена Доказательство конечной порождённости алгебры инвариантов линейной алгебраической группы[13] Опровергнута 1959
15 частично решена Строгое обоснование исчислительной геометрии Шуберта
16 частично решена[14] Топология алгебраических кривых и поверхностей[15]
17 решена Представимы ли определённые формы в виде суммы квадратов Да 1927
18 решена[16][17]
  • Конечно ли число кристаллографических групп? (a)
  • Существуют ли нерегулярные заполнения пространства конгруэнтными многогранниками? (a)
  • Являются ли гексагональная и кубическая гранецентрированная упаковки шаров наиболее плотными? (b)
  • Да
  • Да
  • Да
(a) 1928
(b) 1998
19 решена Всегда ли решения регулярной вариационной задачи Лагранжа являются аналитическими? Да 1957
20 решена Все ли вариационные задачи с определёнными граничными условиями имеют решения? Да ?
21 решена Доказательство существования линейных дифференциальных уравнений с заданной группой монодромии Существуют или нет, зависит от более точных формулировок задачи 1992
22 частично решена Униформизация аналитических зависимостей с помощью автоморфных функций
23 слишком расплывчатая Развитие методов вариационного исчисления Требует уточнения формулировки

24-я проблема

Основная статья: 24-я проблема Гильберта</span>ruen

Изначально список содержал 24 проблемы, но в процессе подготовки к докладу Гильберт отказался от одной из них. Эта проблема была связана с теорией доказательств критерия простоты и общих методов. Данная проблема была обнаружена в заметках Гильберта немецким историком науки Рюдигером Тиле в 2000 году[18].

См. также

Напишите отзыв о статье "Проблемы Гильберта"

Примечания

  1. Результаты Гёделя и Коэна (Cohen) показывают, что ни континуум-гипотеза, ни её отрицание не противоречит системе аксиом Цермело — Френкеля (стандартной системе аксиом теории множеств). Таким образом, континуум-гипотезу в этой системе аксиом невозможно ни доказать, ни опровергнуть (при условии, что эта система аксиом непротиворечива).
  2. Курт Гёдель доказал, что непротиворечивость аксиом арифметики нельзя доказать, исходя из самих аксиом арифметики. В 1936 году Герхард Генцен доказал непротиворечивость арифметики, используя примитивно рекурсивную арифметику с дополнительной аксимой для трансфинитной индукции до ординала ε0.
  3. Согласно Рову (Rowe) и Грею (Gray) (см. далее), большинство проблем были решены. Некоторые из них не были достаточно точно сформулированы, однако достигнутые результаты позволяют рассматривать их как «решённые». Ров и Грей говорят о четвёртой проблеме как о такой, которая слишком нечётко поставлена, чтобы судить о том, решена она или нет.
  4. L. Corry, David Hilbert and the axiomatization of physics (1894—1905), Archive for History of Exact Sciences 51 (1997), no. 2, 83-198, DOI: doi.org/10.1007/BF00375141.
  5. Решена Зигелем и Гельфондом (и независимо Шнайдером) в более общем виде: если a ≠ 0, 1 — алгебраическое число, и b — алгебраическое иррациональное, то ab — трансцендентное число
  6. Проблема № 8 содержит две известные проблемы, первая из которых не решена, а вторая решена частично. Первая из них, гипотеза Римана, является одной из семи Проблем тысячелетия, которые были обозначены как «Проблемы Гильберта» 21-го века.
  7. [plus.google.com/114134834346472219368/posts/8qpSYNZFbzC Terence Tao — Google+ — Busy day in analytic number theory; Harald Helfgott has…]
  8. [arxiv.org/abs/1305.2897 Major arcs for Goldbach’s theorem], H. A. Helfgott // arxiv 1305.2897
  9. [blogs.scientificamerican.com/roots-of-unity/2013/05/15/goldbach-variations/ Goldbach Variations] // SciAm blogs, Evelyn Lamb, May 15, 2013
  10. [www.sciencemag.org/content/340/6135/913.summary Two Proofs Spark a Prime Week for Number Theory] // Science 24 May 2013: Vol. 340 no. 6135 p. 913 doi:10.1126/science.340.6135.913
  11. Проблема № 9 была решена для абелевого случая; неабелев случай остаётся нерешённым.
  12. Юрий Матиясевич в 1970 году доказал алгоритмическую неразрешимость вопроса о том, имеет ли произвольное диофантово уравнение хотя бы одно решение. Изначально проблема была сформулирована Гильбертом не в качестве дилеммы, а в качестве поиска алгоритма: в то время, видимо, даже не задумывались о том, что может существовать отрицательное решение подобных проблем.
  13. Утверждение о конечной порождённости алгебры инвариантов доказано для произвольных действий редуктивных групп на аффинных алгебраических многообразиях. Нагата в 1958 году построил пример линейного действия унипотентной группы на 32-мерном векторном пространстве, для которого алгебра инвариантов не является конечно порождённой. В. Л. Попов доказал, что если алгебра инвариантов любого действия алгебраической группы G на аффинном алгебраическом многообразии конечно порождена, то группа G редуктивна.
  14. Первая (алгебраическая) часть проблемы № 16 более точно формулируется так. Харнаком доказано, что максимальное число овалов равно M=(n-1)(n-2)/2+1, и что такие кривые существуют — их называют M-кривыми. Как могут быть расположены овалы M-кривой? Эта задача сделана до степени n=6 включительно, а для степени n=8 довольно много известно (хотя её ещё не добили). Кроме того, есть общие утверждения, ограничивающие то, как овалы M-кривых могут быть расположены — см. работы Гудкова, Арнольда, Роона, самого Гильберта (впрочем, стоит учитывать, что в доказательстве Гильберта для n=6 есть ошибка: один из случаев, считаемый им невозможным, оказался возможным и был построен Гудковым). Вторая (дифференциальная) часть остаётся открытой даже для квадратичных векторных полей — неизвестно даже, сколько их может быть, и что оценка сверху существует. Даже индивидуальная теорема конечности (то, что у каждого полиномиального векторного поля имеется конечное число предельных циклов) была доказана только недавно. Она считалась доказанной Дюлаком, но в его доказательстве была обнаружена ошибка, и окончательно эта теорема была доказана Ильяшенко и Экалем, для чего каждому из них пришлось написать по книге.
  15. Приведён перевод исходного названия проблемы, данного Гильбертом: [www.mathematik.uni-bielefeld.de/~kersten/hilbert/rede.html «16. Problem der Topologie algebraischer Curven und Flächen»] (нем.). Однако, более точно её содержание (как оно рассматривается сегодня) можно было бы передать следующим названием: «Число и расположение овалов вещественной алгебраической кривой данной степени на плоскости; число и расположение предельных циклов полиномиального векторного поля данной степени на плоскости». Вероятно (как можно увидеть из [aleph0.clarku.edu/~djoyce/hilbert/problems.html#prob16 английского перевода текста анонса] (англ.)), Гильберт считал, что дифференциальная часть (в реальности оказавшаяся значительно труднее алгебраической) будет поддаваться решению теми же методами, что и алгебраическая, и потому не включил её в название.
  16. Bieberbach L. Über die Bewegungsgruppen der Euklidischen Raume I.—Math. Ann., 1911, 70, S. 297—336; 1912, 72, S. 400—412.
  17. Ров и Грей также называют проблему № 18 «открытой» в своей книге за 2000 год, потому что задача упаковки шаров (известная также как задача Кеплера) не была решена к тому времени, однако на сегодняшний день есть сведения о том, что она уже решена (см. далее). Продвижения в решении проблемы № 16 были сделаны в недавнее время, а также в 1990-х.
  18. [www.maa.org/sites/default/files/pdf/upload_library/22/Ford/Thiele1-24.pdf Hilbert’s twenty-fourth problem]. Rüdiger Thiele, American Mathematical Monthly, January 2003.

Литература

  • Болибрух А. А. [www.mccme.ru/mmmf-lectures/books/books/books.php?book=2 Проблемы Гильберта (100 лет спустя)]. — МЦНМО, 1999. — Т. 2. — 24 с. — (Библиотека «Математическое просвещение»).
  • Демидов С. С. К истории проблем Гильберта // Историко-математические исследования. — М.: Наука, 1966. — № 17. — С. 91-122.
  • Демидов С. С. «Математические проблемы» Гильберта и математика XX века // Историко-математические исследования. — М.: Янус-К, 2001. — № 41 (6). — С. 84-99.
  • Ляшко С. И., Номировский Д. А., Петунин Ю. И., Семенов В. В. [shtonda.blogspot.com/2009/01/twentieth-problem-hilbert.html Двадцатая проблема Гильберта. Обобщенные решения операторных уравнений]. — М.: «Диалектика», 2009. — 192 с. — ISBN 978-5-8459-1524-5.
  • [ilib.mccme.ru/djvu/klassik/gilprob.htm Проблемы Гильберта], Сборник под редакцией П. С. Александрова, М., Наука, 1969 г., 240 с.

Ссылки

  • [www.mathematik.uni-bielefeld.de/~kersten/hilbert/rede.html Оригинальный текст на немецком доклада Гильберта]
  • [vivovoco.astronet.ru/VV/PAPERS/NATURE/GILBERT_R.HTM Русский перевод доклада Гильберта] (вводная часть и заключение)