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大三學生劉嘉憶證明了“西塔潘猜想”不成立

(2011-10-11 01:15:44) 下一個

劉路,中南大學數學係大三學生,去年8月在學校圖書館自學反推數學,看到西塔-潘猜想。10月的一天,劉路突然想到過去的一個方法,修改一下便可證明該結論,連夜將自己的證明寫出來,投給了國際數理邏輯雜誌《符號邏輯雜誌》,署名劉嘉憶---他自己說,叫“劉路”的重名太多,而且好多是女性,我更喜歡“嘉憶”這個名,希望給自己和別人帶來很多美好的回憶。

稿件投出後,《符號邏輯雜誌》主編、芝加哥大學數學係邏輯學教授鄧尼斯·漢斯傑弗德寫信給劉:“過去多少人研究該問題無果,我也是其中之一,現在你給出如此漂亮的證明,請接受我對你的祝賀!”。論文審稿人、芝加哥大學博士達米爾·紮法洛夫認為,這是一個重要的結果,對反推數學和計算性理論的研究有幫助。

2011年5月,由北大、南大和浙江師大聯合舉辦的邏輯學術會議在浙江師大舉行,大三學生劉嘉憶應邀參加會議作報告:關於反推數學中Ramsey染色定理的證明論強度的研究,對西塔潘猜想給出了一個否定的答案。

“中南大學出了個劉嘉憶”,在中國數學界數理邏輯領域備受關注。到了2011年7月初,中南大學的博導侯振挺(曾經在我們那個年代火過。咋搞的,現在還不是院士),才從同行那聽說本校有個“劉嘉藝”,並主動給他發郵件,才知道他就是2008級應用數學專業大三學生劉路。侯博導返校後,立即與劉見麵,並收他做學生,希望他可以早點讀研。為此,給院士丁夏畦、李邦河、林群去電話發電郵,希望能聯合推薦給教育部,給予優先處理。

今年9月16日,芝加哥大學數理邏輯學術會議上,12位專家作了40分鍾的專題報告,劉路是其中之一。

自己發現的“難題”

  新京報:你是什麽時候開始研究“西塔潘猜想”的?

  劉路:是在去年8月,我自學反推數學的時候,第一次接觸到這個問題。我注意到大量文獻裏提到,不少學者正在進行“Ramsey染色定理”的證明論強度的研究。

  新京報:用了多久證明這個“猜想”?

  劉路:其實隻用了一個晚上,接觸這個問題不久,我突然想到利用之前用到的一個方法,稍作修改便可以證明這一結論,連夜將這一證明寫出來,投給了《符號邏輯雜誌》。

  新京報:解出答案後、是什麽樣的心態?

  劉路:證明這一結論時,心髒都快蹦到嗓子眼了,按捺不住內心的激動和興奮。

一輩子的愛好

  新京報:你的“數學天賦”是遺傳嗎?

  劉路:談不上天賦。我隻是非常喜歡,每天花很多時間學習數學。我是大連人,父親在一家國有企業後勤部門工作,母親是企業的工程師。家裏沒人研究數學,我沒數學方麵的遺傳基因和教育,上小學時,也對數學沒有特別興趣。初中時,一些同學在為數學教科書上的習題抓耳撓腮,我已開始自學數論。數論是研究整數性質的一門理論。對其他同學來說,看這些理論像是在看“天書”,但我很喜歡。

  新京報:除了數學外,你平時有什麽興趣愛好呢?

  劉路:興趣愛好有很多,喜歡體育運動,遊泳、下棋、乒乓球、羽毛球,還喜歡看電影。

40歲的計劃

  新京報:很多人覺得,數學是一門枯燥的學科,陳景潤當時就被稱為“癡人”和“怪人”,你性格孤僻嗎?

  劉路:我比較內向,朋友少。我的自我評價是“比較友好”。一般別人找我幫忙,不太善於拒絕。但別人說我比較冷漠。

  新京報:除了數學,你還喜歡哪些學科?

  劉路:物理。但是物理需要做大量的實驗,需要成本,對一個學生來說還沒那麽多資金。我也喜歡心理學,曾設計了一組關於認知的心理實驗。等到我40歲以後再來做,40歲以前要攻數學。我很喜歡數理邏輯,數學是一輩子的愛好。

數學院士李邦河、丁夏畦表示,盡管與著名的“哥德巴赫猜想”相比,“西塔潘猜想”的分量並不突出。但一名大學生能夠破解國際數學猜想,已是一件很了不起的事。培養學生提問題的能力,要比“奧數”更實在。


西塔潘猜想

又被稱為“Ramey染色定理”。1973年,英國數理學家西塔-潘提出了一個猜想:在組合數學裏,找一堆人的Ramsey數太難了,難於上青天,但可以說,Ramsey數是隨著人數的多寡而線性變化。所謂的Ramsey數,就是 ---- 對一群人,要找到這樣一個最小的數n,使得n個人中必定有K人相識或L個人互不相識。

Frank Ramsey,1930年在論文《On a Problem in Formal Logic》證明了R(3,3)=6。同時他用兩種圖論語言給出Ramsey數定義:

定義1:對於所有的N頂圖,包含K個頂的團或L個頂的獨立集。具有這樣性質的最小自然數N就稱為一個Ramsey數,記作R(K,L);

定義2:(在著色理論中是這樣描述的:)對於完全圖Kn的任意一個2邊著色(e1,e2),使得Kn[e1]中含有一個k階子完全圖,Kn[e2]含有一個L階子完全圖,則稱滿足這個條件的最小的n為一個Ramsey數。(注意:Ki按照圖論的記法表示i階完全圖)

Ramsey證明,對與給定的正整數數k及L,R(k,L)的答案是唯一和有限的。

Ramsey數亦可推廣到多於兩個數:對於完全圖Kn的每條邊都任意塗上r種顏色之一,分別記為e1,e2,e3,...,er,在Kn中,必定有個顏色為e1的L1階子完全圖,或有個顏色為e2的L2階子完全圖……或有個顏色為er的Lr階子完全圖,符合條件又最少的數n則記為R(L1, L2, L3, ..., Lr; r)。Ramsey數的數值或具上下界/在一定的範圍內。

已知的Ramsey數少之又少。保羅·艾狄胥曾以一個故事來描述尋找Ramsey數的難度:“想像有隊外星人在地球降落,要求取得R(5,5)值,否則會毀滅地球。此時我們可以集中所有的電腦和數學家嚐試找出這個值。但是,倘若它們要求的是R(6,6)的值,那我們隻能嚐試如何毀滅這班外星人,因為我們根本沒辦法搞出R(6,6)的值。”

顯然公式是: R(1,s)=1, R(2,s)=s, R(l1,l2,l3,...,lr;r)=R(l2,l1,l3,...,lr;r)=R(l3,l1,l2,...,lr;r)(將li的順序改變並不改變拉姆齊的數值)。 r,s 3 4 5 6 7 8 9 103 6 9 14 18 23 28 36 40 – 434 9 18 25 35 – 41 49 – 61 56 – 84 73 – 115 92 – 1495 14 25 43 – 49 58 – 87 80 – 143 101 – 216 125 – 316 143 – 4426 18 35 – 41 58 – 87 102 – 165 113 – 298 127 – 495 169 – 780 179 – 11717 23 49 – 61 80 – 143 113 – 298 205 – 540 216 – 1031 233 – 1713 289 – 28268 28 56 – 84 101 – 216 127 – 495 216 – 1031 282 – 1870 317 – 3583 317 – 60909 36 73 – 115 125 – 316 169 – 780 233 – 1713 317 – 3583 565 – 6588 580 – 1267710 40 – 43 92 – 149 143 – 442 179 – 1171 289 – 2826 317 – 6090 580 – 12677 798 – 23556 有R(3,3,3)=17

關於R(3,3)=6的證明:

證明:在一個K6的完全圖內,每邊塗上紅或藍色,必然有一個紅色的三角形或藍色的三角形。任意選取一個端點P,它有5條邊和其他端點相連。根據鴿巢原理,3條邊的顏色至少有兩條相同,不失一般性設這種顏色是紅色。在這3條邊除了P以外的3個端點,它們互相連結的邊有3條。若這3條邊中任何一條是紅色,這條邊的兩個端點和P相連的2邊便組成一個紅色三角形。若這3條邊中任何一條都不是紅色,它們必然是藍色,因此,它們組成了一個藍色三角形。而在K5內,不一定有一個紅色的三角形或藍色的三角形。每個端點和毗鄰的兩個端點的線是紅色,和其餘兩個端點的連線是藍色即可。這個定理的通俗版本就是友誼定理。


到底劉天才是如何解釋這西塔-潘猜想不成立的,就要等他的論文發表/或聽過他報告的人介紹了。

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閱讀 ()評論 (7)
評論
gasbag 回複 悄悄話 不如研究研究雞怎麽才能長出八條腿更有用
楊子 回複 悄悄話 南大丁德成:

“因為參與主辦全國的邏輯會議,有人跟我提起劉嘉憶。今年4月底,我收到了一封郵件,是《符號邏輯雜誌》的主編、美國芝加哥大學數學係邏輯學教授鄧尼斯·漢斯傑弗德發來的,說有個中國學生給他們投稿,內容是破解‘西塔潘猜想’的。我一看名字,又是劉嘉憶。,20多年來,許多研究者一直在努力解決這個問題。這次,中國一名無名之輩,讓論文審稿者很感興趣。《符號邏輯雜誌》是業內一本相當權威的雜誌,他們想請中國同仁幫忙跟劉路取得聯係。”

“正好5月份浙江師大有相關的學術大會,於是會務組就把劉路請到了會場,接受一群專家麵對麵的考驗。

“劉路當時講了近一個小時。很不錯。在場的相關教授都判斷,這個學生的論文不是在胡扯。我馬上給雜誌回話。後來,《符號邏輯雜誌》的審稿者在仔細推敲了劉路的論文後,在今年6月宣布這名年輕人破解了“西塔潘猜想”。

"希望真摯做學問的劉路能繼續踏實努力下去,媒體無需太追捧,給他空間自由成長,切勿釀成‘小時了了,大未必佳’的情況。”
楊子 回複 悄悄話 把猜想的那句加上了。- 不嚴格,大概那意思。

如果說的是“線性關係”,他隻要反正存在非線性就算證了,對吧?

ThisIsDifferent 回複 悄悄話 你的"西塔潘猜想"下麵的文字好象不是"西塔潘猜想", 而是Ramsey數?
楊子 回複 悄悄話
侯振庭算搞數論的,太純數學。這孩子好像在組合/圖論/可計算性方麵發展的。不大對點。

我覺得他應該選個圖論/可計算性方麵的導師,最好出國就到芝加哥大學,應該會有很多結果。

當然自己高興就好。
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