blog.iakovlev.org
  10.09.2016

ABC гипотеза

ABC гипотеза относится к гипотезам, когда ее формулировка понятна всем, а ее появившееся недавно доказательство непонятно никому. Гипотеза была сформулирована независимо друг от друга математиками Дэвидом Массером в 1985 году и Джозефом Эстерле в 1988 году. В августе 2012 года японский математик Синъити Мотидзуки заявил, что ему удалось доказать эту гипотезу.

На множестве натуральных чисел существуют две операции - сложения и умножения.
Со сложением все просто. Любое натуральное число можно представить в виде суммы единиц.
С умножением сложнее. Здесь приходится ввести понятие простого числа. И тогда с их помощью можно получить любое натуральное число в виде произведения таких простых чисел.Основная теорема арифметики об этом как раз и говорит
Почти все известные гипотезы в теории чисел построены на том, что определяется какая-то закономерность для этих операций - сложения и умножения. Например, гипотезы Гольдбаха (бинарная и тернарная), гипотеза о близнецах, гипотеза Лежандра (между n2 и n+12 всегда есть простое число), большое количество гипотез о последовательностях, в которых встречается бесконечно много простых чисел, Все эти гипотезы уже давным-давно сформулированы, какие-то доказаны, какие-то нет.

Каждое натуральное число n в соответствии с основной теоремой арифметики можно разложить на уникальное произведение простых чисел:
n = p1d1 * p2d2 * ...
Введем обозначение - радикал числа n - это аналогичное разложение, в котором все простые сомножители находятся в первой степени:
rad(n) = p1 * p2 * ...
Например:
48 = 24 * 3
rad(48) = 2 * 3 = 6
Теперь рассмотрим три натуральных взаимно простых числа - A, B, C, причем A+B=C.
Рассмотрим произведение этих чисел
A*B*C
и возьмем от него радикал
rad(A*B*C)
Сразу возникает вопрос - насколько этот радикал отличается от C ? Как правило, радикал больше. Но бывает и наоборот, например:
1+8=9 > 6
5+27=32 > 30
1+48=49 > 42
32+49=81 > 42
Такие нетипичные тройки еще называются хитовыми.
Можно посчитать, что для C < 5000 таких хитовых троек будет 276
Вообще, таких хитовых троек бесконечно много при возрастании C.

Теперь возьмем квадрат радикала. Вопрос - существуют ли вообще такие тройки, для которых
C > rad(ABC)2 ?
Ответ на этот вопрос неизвестен. Гипотеза - не существуют. Если эта гипотеза верна, то из нее автоматически следует, что великая теорема Ферма для n > 6. Более того, есть другая гипотеза, что степень радикала для данного равенства не может превышать 7/4 .

Теперь сформулируем саму гипотезу ABC.
Пусть есть некое вещественное число ε > 0. Тогда существует только конечное число троек A,B,C, таких что
C > rad(ABC)1+ε
Здесь ε может быть равно 0.001, 0.1, и т.д.

Для ABC можно в качестве критерия ввести параметр ρ, где
C = rad(ABC)ρ
Чем больше параметр ρ, тем хитовее считается тройка. Первой тройкой в этом списке является тройка
A=2, B=310*109, C=235, для нее ρ= 1,6299...
Вторая тройка:
A=112, B=32*56*73, C=221*23, для нее ρ=1,6260...
Третья тройка:
A=19*1307, B=7*292*318, C=28*322*54, для нее ρ=1,6235...
Вообще такие тройки можно посмотреть по ссылке тут

Рассмотрим алгоритм, который генерирует такие хитовые тройки. Пусть n > 1. Пусть A, B, C - взаимно простые числа, причем B может быть меньше нуля. Данный алгоритм нахождения хитовых троек основан на диофантовом уравнении (1):

Необходимым условием должно быть gcd(y, C) = 1. Это уравнение имеет решение, если выполняется условие (2):

Это равносильно тому, что
x, y, z = t, 1, z
если диофантово уравнение имеет решение для целых z.
Если
Axn ≡ Byn mod C
и
gcd(y, C) = 1
то в уравнение (2) мы можем подставить вместо t
xy-1 mod C
Для x мы можем записать
x = ty - Cu
где u - целое число.
Наc интересует нахождение решения диофантова уравнения для z=1. Алгоритм разветвляется на две ветки - для четных n и для нечетных n.

Пусть n - четное, B < 0. Для уравнения (2) мы можем найти t, такие, что
0 < t < C
при этом отношение u/y равно отношению t/C. Тогда можно определить u из выражения
x = ty - Cu

Алгоритм получения хитовых троек основан на диофантовом уравнении. Выбираются случайным образом малые целые коэффициенты A, B. Тогда и радикал будет достаточно мал. Пусть n - четное целое, больше единицы. Также мы имеем тройку взаимно простых чисел
A>0, B<0, C>0
Находим все решения для уравнения (2) для всех t, которое лежит в диапазоне 0 < t < C.
Для каждого t:
Находим промежуточные значения:
a0 = A(ty - Cu)n
b0 = -Byn
c0 = a0 + b0

Делим a0, b0, c0 на их gcd
Вычисляем
a = min(a0, b0, c0)
c = max(a0, b0, c0)
b = c - a


Алгоритм для нечетных n похож и отличается в деталях, его описание можно найти тут.

Код




 Автор   Комментарий к данному блогу
Комментарий

Ваше имя:
Комментарий:
Оба поля являются обязательными