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哥猜獲證路非遙,說破人須失笑
編者按:數(shù)學(xué)證明是追求可靠來源的,判斷一篇文章是否有可靠信息來源,須問良知,而良知就包括對公理的理解,如果證明命題成立的充分條件可追溯到能獲公理支持,我們就說,此證明有可靠信息來源。相反被叫不醒的裝睡者貼上“無可靠信息來源”的標(biāo)簽,恰恰是“無可靠信息來源”的表現(xiàn)。掩耳盜鈴,用稻草人邏輯,來屏蔽真相,都是自欺欺人,殺雞取卵的行為,用武大郎開店不想招募高個(gè)的心態(tài),來理解世界,只能維護(hù)虛假的權(quán)威,終將失去有趣的世界。分辨到底誰在妄言科學(xué),其實(shí)不難,就看誰在真誠解決問題誰在絕望消滅問題。比如一見有人在嘗試證明未解猜想,就立馬嘲笑說是科妄,理由是官科是不會(huì)干這事的,歐拉高斯希爾伯特干不成的事,你難道行!這就是典型的用絕望消滅問題的人,完全沒有天下興亡匹夫有責(zé)的心態(tài)。今推出一篇探討哥猜證明的花絮文章以饗讀者,歡迎提建設(shè)性意見,看看命題成立的充分條件是否可追溯到能獲公理支持。
文/羅莫
1.哥德巴赫猜想的前世今生
每個(gè)大于4的偶數(shù)都可表示為兩個(gè)素?cái)?shù)之和,即p +q=2n(p、q為奇素?cái)?shù),n為大于2的正整數(shù))。這就是著名的哥德巴赫猜想,簡稱哥猜“1+1”。作為數(shù)學(xué)界久未解決的大問題,應(yīng)當(dāng)相當(dāng)深刻,大家對此陌生才是,而中國讀者對它家喻戶曉,只因徐遲的一篇報(bào)告文學(xué)。再加上此猜想謎底雖極難發(fā)現(xiàn),謎面卻極其簡單,故為此而爭吵的話題也就極多。

哥德巴赫
筆者思考哥猜問題多年,在學(xué)術(shù)雜志上已發(fā)表論文多篇,并收集在了筆者的論文專著《數(shù)學(xué)底層引擎相鄰論和重合法》一書中,2019年末由深圳海天出版社出版發(fā)行。筆者認(rèn)為,要徹底弄懂它,既要閱讀專業(yè)的論文,也要閱讀花絮介紹,本文便是有關(guān)哥猜證明的花絮介紹,有利于讀者領(lǐng)悟證明。一旦領(lǐng)悟便可舉一反三,解決很多相同的問題。但在理解領(lǐng)悟前,我們要做些相反的動(dòng)作,即先反三再舉一,需要大量列舉些跟這一思想類似的事物。那我要列舉的就是如何認(rèn)知0和1,這個(gè)清楚了。奇偶關(guān)系的秘密就清晰了,質(zhì)數(shù)合數(shù)之間的關(guān)系也就清晰了。接下來我們就先說說0和1。
宇宙的精神力量來自序數(shù),宇宙的物質(zhì)存在來自基數(shù)?;鶖?shù)性質(zhì)更多地體現(xiàn)在了幾何中,序數(shù)性質(zhì)更多地體現(xiàn)在了代數(shù)中。1是至簡至繁的對象,也是至簡至繁的原初。那0是什么呢?0者,囹也;0者,另也。中國古人認(rèn)為,凡同音字,都有內(nèi)在的關(guān)聯(lián)意義。“零”的古字寫作“霝”,始見于商代甲骨文,原義零碎細(xì)微,近代才引申為0?!傲怼笔恰坝兄狻钡囊馑?,是其它存在,并不是啥也沒有。古中國與零意相同的是“無”,比古印度0,古阿拉伯0要早。把樹枝扔火里的繁體無,繁體無好多樹枝燒沒了,變成“無”。從“有”變“無”事件,古人印象最深刻的,就是森林遇到了大火。故“無”就有“存在開始前”或“存在結(jié)束后”的意思,“無”和“0”是一種結(jié)界。針對局部已有,0它啥也不是,0是無法逃逸的“囹”,針對整體大有,0是能夠逃逸的“另”,此時(shí)對象0可用另一種1作為度量單位來認(rèn)知。

甲骨文“無”
數(shù)學(xué)史上的三次數(shù)學(xué)危機(jī)都是被迫對0進(jìn)行重估。第一次不可公度危機(jī)。原以為線條上的點(diǎn)都可以用分?jǐn)?shù)表達(dá),分?jǐn)?shù)之外的點(diǎn)都是0,不想橫空冒出個(gè)就沒法用b/a表示,a,b為整數(shù),用歸謬法很容易證明,如果是分?jǐn)?shù)會(huì)導(dǎo)致2因子的個(gè)數(shù)奇偶無法區(qū)分,這是奇偶悖論,本質(zhì)是有無悖論。第二次數(shù)學(xué)危機(jī),爭論微積分無窮小量到底有還是沒有,結(jié)論是,靜態(tài)無,動(dòng)態(tài)有,其實(shí)就是爭論如何理解“另”和“囹”,這是動(dòng)靜悖論,本質(zhì)是有無悖論。第三次數(shù)學(xué)危機(jī),爭論羅素悖論,全集是不是全集中的一個(gè)子集,這是干支悖論,祖母悖論,說謊者悖論,其本質(zhì)也是有無悖論。

歐拉
“另”之0作為其它有,并不是徹底沒有;“囹”之0作為異于有,只能是啥也沒有。0在微積分里可以做除數(shù),選擇了并不是徹底沒有,0在微積分里被忽略掉,選擇了是一種近似計(jì)算,極限就是選擇了近似計(jì)算,是相對性啥也不是,并不是絕對性啥也不是。也就是說要承認(rèn)微積分是近似計(jì)算,才能化解第二次數(shù)學(xué)危機(jī)。解決第一次數(shù)學(xué)危機(jī),須引進(jìn)新符號表達(dá)新對象,才能化解無理數(shù)不可公度危機(jī)。也就是說,執(zhí)意要公度只能取近似計(jì)算。第三次數(shù)學(xué)危機(jī)的化解,也是需要引進(jìn)新符號表達(dá)新對象,哥德爾證明有限的符號體系是無法表達(dá)另類新對象的,從這一點(diǎn)“囹之0”來說,哥德爾的證明沒錯(cuò)??墒恰傲碇?”的一面也就被封閉了。類比思維,近似計(jì)算,可刻畫“另之0”的一面也就擱淺了,用無限開放的新符號完成精準(zhǔn)表達(dá)更是被擠兌得無影無蹤。

哥德爾
哥德爾雖然打開了一扇窗,無意中關(guān)閉了其它所有窗。包括“可開放理解公理體系”的這扇窗。哥德爾的不完備定理,選擇了封閉理解公理體系,如果我們的公理體系是可遞歸生成新符號的,那么我們就可以用遞歸生成的新符號表達(dá)新對象。在羅素悖論中,通過定義新“同時(shí)”,理發(fā)師是可以一會(huì)兒給自己理發(fā),一會(huì)兒不給自己理發(fā),不在同時(shí)中完成相反命題就不會(huì)有悖論。這樣雖然沒有添加新公理,但我們可以通過高階理解已有公理來升級已有公理,如此我們就可以實(shí)現(xiàn)用新符號表達(dá)新對象的意圖?!皬氐讻]有”是對0的一次認(rèn)知選擇,但不是唯一選擇。數(shù)學(xué)要發(fā)展,就需要重估“0”,不僅可選擇理解0為“徹底沒有”(囹之0),還可選擇理解0為“另一存在”(另之0);不僅可選擇理解“無”為“徹底荒蕪”,還可選擇理解“無”為“忽然覺悟”,即必有新意生成。
把以上表達(dá)總結(jié)下,就是序數(shù)1和基數(shù)1,是表達(dá)已知世界的關(guān)鍵,另之0和囹之0是表達(dá)未知世界的關(guān)鍵。序數(shù)1是相鄰論(萬物有序)在已知世界中的顯現(xiàn),基數(shù)1是重合法(眾生平等)在已知世界中的顯現(xiàn);另之0是相鄰論在未知世界中的顯現(xiàn),囹之0是重合法在未知世界中的顯現(xiàn)。以上雖不是證明猜想的文本語言,但明白這些數(shù)感思想,是可理解本文作者完成哥猜證明的密鑰。我們只知道時(shí)間屬于空間,卻不知道空間也屬于時(shí)間,屬于一種先天時(shí)間,既有第四維的時(shí)間,也有第一維的時(shí)間,愛因斯坦的時(shí)空觀,時(shí)間是第四維的,殊不知還有時(shí)間是第一維的時(shí)空觀。以下就來回顧下哥德巴赫猜想的前世今生。

希爾伯特
王元在南開大學(xué)的一次談話中提到“1+1”與陳景潤的“1+2”不是一回事。世界數(shù)學(xué)共同體尚未公開宣稱過誰誰誰已完成證明了哥猜。但這并不等于世上真的就無人能證明哥猜了。非常幸運(yùn),筆者誤打誤撞叩開了哥德巴赫猜想的神秘大門。當(dāng)然是否正確,就交給各位看官了。其實(shí)聲稱完成證明了一個(gè)猜想的人并不多,邏輯是可以自明的,因?yàn)榉磳壿嬤€得使用邏輯,將一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)廣而告之,絲毫沒有意義。政治和經(jīng)濟(jì)發(fā)表虛假觀點(diǎn),尚可獲利,數(shù)學(xué)證明作假則毫無用處,發(fā)表沒有把握讓人理解的東西,真是小概率事件。為了讓更多人明白,得花時(shí)間和腦力去說服世界數(shù)學(xué)共同體充分理解哥猜證明,才能讓數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)具有社會(huì)意義。否則有識(shí)之士誰都不進(jìn)行科普耕耘,哥猜獲證的思想走進(jìn)普羅大眾的進(jìn)程會(huì)非常漫長。
數(shù)論是研究整數(shù)的學(xué)問,初等數(shù)論是純數(shù)論,即算術(shù)數(shù)論,不要以為初等兩字就比解析數(shù)論、代數(shù)數(shù)論以及幾何數(shù)論淺顯,它們都可以在各自的領(lǐng)地蓋高樓,哥德巴赫猜想是純數(shù)論問題,不是解析數(shù)論的直接領(lǐng)地,但不是說數(shù)學(xué)分析就不能在數(shù)論領(lǐng)域出活,歐拉開辟了解析數(shù)論,發(fā)現(xiàn)了很多精彩的數(shù)論思想。只是用代數(shù)數(shù)論、代數(shù)幾何以及幾何數(shù)論攻克哥猜,要比解析數(shù)論更能精準(zhǔn)打擊目標(biāo)。從哪里跌倒就從哪里爬起來,才是最優(yōu)化的選擇。追溯哥猜原題可知它是算術(shù)數(shù)論,唯有從純算術(shù)角度攻克哥猜才是成本最低的。 哥德巴赫,1690年出生于德國,后來定居俄國。他擔(dān)任十幾歲的沙皇彼得二世的家庭教師,后來擔(dān)任俄國科學(xué)院院士,他與瑞士大數(shù)學(xué)家萊昂哈德﹒歐拉(1707——1783)交往甚密,兩人不斷相互提問和解答,許多重大問題就是兩人在彼此“微信”中提出的。例如:整系數(shù)多項(xiàng)式的質(zhì)數(shù)問題。二質(zhì)數(shù)平方和的約數(shù)問題。而超級難題——哥德巴赫猜想,亦在其中。
但也有人在早一個(gè)世紀(jì)的笛卡爾文集中發(fā)現(xiàn)證據(jù),那時(shí)已有哥猜問題。只是數(shù)學(xué)界習(xí)慣于把哥德巴赫猜想的發(fā)現(xiàn)權(quán)歸功于十八世紀(jì)德國的哥德巴赫。哥德巴赫只發(fā)現(xiàn)了相對較容易的三素?cái)?shù)哥猜,二素?cái)?shù)哥猜是歐拉在三素?cái)?shù)哥猜的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的,而笛卡爾發(fā)現(xiàn)的哥猜,也是二素?cái)?shù)哥猜。兩個(gè)大數(shù)學(xué)家的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)都非常豐碩,用不著跟哥德巴赫搶功勞,況且該猜想確實(shí)是哥德巴赫獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的,歐拉的發(fā)現(xiàn)也是在哥德巴赫的三素?cái)?shù)問題下誘發(fā)出來的,所以發(fā)現(xiàn)權(quán)歸功于哥德巴赫不為過。 1742年,哥德巴赫向比他小17歲的歐拉寫信,因?yàn)樗疾炝藥资畟€(gè)偶數(shù):6=3+3,8=5+3,10=5+5,100=47+53,……注意到,凡是大于4的偶數(shù)都可以表示成兩個(gè)奇素?cái)?shù)之和。他問歐拉,是否所有的偶數(shù)都可以用這種形式表示?可是譽(yù)為“分析的化身”的大數(shù)學(xué)家歐拉被哥德巴赫的挑戰(zhàn)挫敗了。

圖靈
在當(dāng)今計(jì)算機(jī)時(shí)代,這個(gè)猜想越來越著名,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),100億以內(nèi)的偶數(shù)都是正確的。當(dāng)然靠這樣的暴力枚舉是證明不了哥猜的。哥猜命題用方程表示即p+q=2n,它從左向右看,沒有問題,所有的奇素?cái)?shù)都是奇數(shù),兩個(gè)加起來當(dāng)然都是偶數(shù),問題是命題從右向左看,是不是每一偶數(shù)都可以分割成兩個(gè)奇素?cái)?shù)呢?一個(gè)一個(gè)枚舉,符合要求,但要全部枚舉完,顯然不現(xiàn)實(shí),它只能靠邏輯來解決。哥德巴赫猜想是對人的智力一種挑戰(zhàn),能否突破它是對人類自信心的考驗(yàn)。而哲學(xué)的匱乏是不利于從根本上解決該問題的,后文將提到,哥猜原來與陽明心學(xué)“心外無物”是同一個(gè)命題。哥德巴赫本人萬萬沒有想到,他的問題讓兩百多年來的人類精英絞盡腦汁,索遍枯腸。多少代仁人志士憚精竭力的努力一次又一次地化為泡影。甚至有數(shù)學(xué)家愿意出賣靈魂來交換猜想獲證。還有數(shù)學(xué)家說,假如500年后可以復(fù)活醒來,第一件最想問的問題就是,哥猜和黎曼假設(shè)解決沒有。

哈代
哥德巴赫在1742年留下的千古難題,其實(shí)早在17世紀(jì),“我思故我在”的笛卡爾就已思考過它,在18世紀(jì),世上幾乎所有的最偉大的數(shù)學(xué)家都試圖證明過它,絕冠古今的德國數(shù)學(xué)家高斯玩味過它,數(shù)學(xué)之神瑞士的歐拉更是深刻地打撈過它,在法國執(zhí)牛耳的拉格朗日和天才的勒讓德,都是一愁莫展,束手無策。斗移星轉(zhuǎn),在整個(gè)19世紀(jì)中,愛因斯坦相對論中的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的創(chuàng)始人德國的黎曼,集合論創(chuàng)立者康托爾及狄利克雷,法國的阿達(dá)馬(證明素?cái)?shù)定理),劉維爾(證明超越數(shù)的存在),也思考無果,想必伽羅瓦也琢磨過,俄國的切比雪夫,維拉格拉朵夫……一代又一代天之驕子敗下陣來,人困馬乏,哥德巴赫猜想仍然固如磐石,誰也奈何不得。想用自然數(shù)去次第映射素?cái)?shù)的思想,幾乎是所有數(shù)學(xué)家的想法,偏偏此路不通。
在進(jìn)入20世紀(jì)之初的1900年,德國萬能的數(shù)學(xué)大師希爾伯特在巴黎召開的國際數(shù)學(xué)家大會(huì)上,提出了著名的23個(gè)尚未解決的世界難題交給了新世紀(jì)的科學(xué)家,把哥德巴赫猜想列入了第8個(gè)問題之中。由于問題的困難性,人們普遍表示悲觀,德國的數(shù)學(xué)家朗道1912年認(rèn)為,這是現(xiàn)代數(shù)學(xué)所不能企及的。其實(shí)那時(shí)的凱萊已發(fā)明線性代數(shù),希爾伯特已將內(nèi)積的思想闡釋非常深刻,諾特已將抽象代數(shù)延伸到到了數(shù)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域,攻克哥猜的數(shù)學(xué)工具已然成熟,只是大家沒有朝“那個(gè)”方向去想,沒有獲得原來如此的真相。
1920年,挪威數(shù)學(xué)家V.布朗采用逐漸靠近的方法,把哥德巴赫猜想中的兩個(gè)素?cái)?shù)改為合數(shù),成為“不超過n個(gè)素?cái)?shù)的乘積”,他自己首先證明了“9+9”,注意,這里的“9”不是固定的9,而是從1到9,可以是1,2,3,…,9。但不超過9,稱之為“殆素?cái)?shù)”,意思是很像素?cái)?shù)。后來的數(shù)學(xué)沿著這樣的思路,取得了一系列的進(jìn)展,但距離真正拿下哥猜相距甚遠(yuǎn)。
山東大學(xué)校長潘承洞曾證明了”1+4”。中科院院士王元曾證明了“2+3”。 1966年陳景潤證明了“每個(gè)大偶數(shù)都是一個(gè)素?cái)?shù)及一個(gè)不超過兩個(gè)素?cái)?shù)的乘積之和(簡稱“1+2”。此事被國際數(shù)學(xué)界注意后,也引起了毛澤東主席和一批中央領(lǐng)導(dǎo)的重視。使他在哥德巴赫猜想的研究上居世界領(lǐng)先地位。這一結(jié)果被譽(yù)為“陳景潤定理”。這項(xiàng)工作還使陳景潤與王元(中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所長,院士),潘承洞(山東大學(xué)校長,院士)在1982年共同以“哥德巴赫猜想”的名義,獲得國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。 1996年3月19日13時(shí),陳景潤院士因?yàn)榕两鹕喜尵葻o效離開了人世,中央政府,社會(huì)團(tuán)體及新聞媒體給予了他極高的評價(jià),幾乎所有報(bào)刊和電臺(tái)都進(jìn)行了報(bào)道,中央領(lǐng)導(dǎo)人和人民群眾自發(fā)地送了花圈,以悼念這位科學(xué)界的楷模,青年知識(shí)分子心目中的偶像。1977年作家徐遲的一篇報(bào)告文學(xué)《哥德巴赫猜想》引起了轟動(dòng),該文為迎來中國科學(xué)的春天吹響了號角,當(dāng)時(shí)遭文革重創(chuàng)大量被打趴下的知識(shí)份子開始起身站立。很多人有哥猜情結(jié)就發(fā)軔于該文。學(xué)好數(shù)理化,走遍天下都不怕,開始在社會(huì)上流行。
陳景潤1933年5月22日出生于福建省福州市,1953年畢業(yè)于廈門大學(xué)數(shù)學(xué)系,由于他對塔利問題的一個(gè)結(jié)果作了改進(jìn),受到了華羅庚教授的重視,被調(diào)到了中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所工作。先擔(dān)任實(shí)習(xí)研究員,助理研究員,再提升研究員。后當(dāng)選為中國科學(xué)院數(shù)理學(xué)部委員“院士”。60年代,他對篩法及其有關(guān)重要問題進(jìn)行研究。

陳景潤
但陳景潤從未聲稱自己證明了“1+1”,而是證明了“1+2”,是哥猜的一個(gè)弱猜想,也沒有說弱猜想距離真正的哥德巴赫猜想僅有一步之遙,因?yàn)椴皇峭患墑e的問題,沒有找到階梯和度量單位,描述遠(yuǎn)近毫無意義。陳景潤自認(rèn)為,用他目前的工具破解不了哥猜,騎自行車上不了月亮,可見弱哥猜與哥猜原題不是一步之遙的問題。僅看文藝作品了解學(xué)術(shù)問題的人推波助瀾,解讀不準(zhǔn),誤以為哥猜已獲破解或接近破解。這完全不是陳景潤想要竊取榮譽(yù),而是輿論強(qiáng)加于他的。 陳景潤定理的“1+2”結(jié)果,通俗地說是指:對于任給一個(gè)大偶數(shù),那么總可以找到奇素?cái)?shù)p1和奇素?cái)?shù)p2或兩素?cái)?shù)構(gòu)成的奇合數(shù)p2·p3,使得下列等式成立:n=p1+p2·p3(合數(shù)中的兩因子或可僅取一個(gè))。
陳景潤定理在數(shù)論中依然是很有意義的,不象某些人所批評的那樣,中國數(shù)學(xué)界在搞偶像造假。英國的數(shù)學(xué)家哈代和李特爾伍德將命題從另一角度進(jìn)行簡化,將偶數(shù)n表示成若干個(gè)素?cái)?shù)之和,n=p1+p2+p3+......+pn,從1930年到1976年把80萬個(gè)素?cái)?shù)逼近到6個(gè)素?cái)?shù)。作出努力的有蘇聯(lián),德國,意大利,美國和中國的科學(xué)家,但這并不是哥德巴赫猜想,因?yàn)樗財(cái)?shù)個(gè)數(shù)只有是2時(shí)才是哥德巴赫猜想。但也不是勞而無功,以此可以窺探到一些素?cái)?shù)性質(zhì),有利于找到新的思路。事實(shí)上,從加項(xiàng)數(shù)逼近比從因子數(shù)逼近要有意義得多。哥猜問題的本質(zhì)是加性數(shù)論,所有的高級運(yùn)算都是從初級運(yùn)算出發(fā)的,因此高級運(yùn)算的特征,都濃縮在加法運(yùn)算中,數(shù)學(xué)家每次對加法有新的認(rèn)知,數(shù)學(xué)發(fā)展就會(huì)向前邁進(jìn)一大步。

黎曼
2. 哥德巴赫猜想的完美證明
凡事知其然,就一定能知其所以然。像這樣的哥猜懸案,探索了幾百年而無果的,只有費(fèi)馬猜想有的一拼,它們均出自十七至十八世紀(jì)的法國。哥猜之所以名氣大,一是題面簡單,小學(xué)生都能看懂,二是關(guān)心過它的數(shù)學(xué)家多,十八世紀(jì)以來幾乎一流的數(shù)學(xué)家都思考過它,三是問題根本,它跟很多命題相關(guān),哥猜若解決,一大堆丟潘圖問題就都能迎刃而解了。
可是名氣大,是把雙刃劍,即吸引了數(shù)學(xué)家去關(guān)心它,但也把一些高端數(shù)學(xué)人士嚇走了。有些數(shù)學(xué)教授就公開說,若有數(shù)學(xué)愛好者向我提交哥猜這樣的論文,我是不會(huì)看的,別的論文我會(huì)接過來審讀。為何會(huì)有這樣的消極態(tài)度呢?因?yàn)榕龅降拇蠖际前衙}變?nèi)醯母绮抡撐?,如陳景潤?+2,自稱把哥猜原題拿下的很少。數(shù)學(xué)家都不想耽誤時(shí)間,于是就分成了兩大派,一是,知其難而退的人,會(huì)謝絕審讀這樣的論文,自己也不會(huì)花時(shí)間去研究;二是,知其難而想解決問題的人,因?yàn)樽约簺]解決,故常會(huì)輕視同行的研究,尤其是社會(huì)地位不及自己的,更是不屑一顧,有這樣的稿件過來都會(huì)棄之紙簍。這是正常的選擇,避開做小概率事件,跟學(xué)術(shù)道德無關(guān)。這個(gè)是有先例的,連柯西和高斯這樣的數(shù)學(xué)大成就者,一樣把伽羅瓦能開創(chuàng)現(xiàn)代數(shù)學(xué)的群論文章,看也不看就當(dāng)垃圾處理。因此哥猜名氣大,并沒有催生出金蛋來。
好的數(shù)學(xué)思想,要走科普的道路,我們寄希望于好學(xué)的數(shù)學(xué)工作者,有朝一日能看懂,尋找大咖認(rèn)可極其困難。假如伽羅瓦的文章不是被好友發(fā)在三流的刊物上,劉維爾就無法發(fā)現(xiàn)到它,現(xiàn)代數(shù)學(xué)的產(chǎn)生就要推遲百年。佩雷爾曼當(dāng)年證明龐加萊猜想的論文也是發(fā)在預(yù)印本上,然后才被數(shù)學(xué)共同體接受的,也都是第一時(shí)間不能找到同行權(quán)威認(rèn)可,不得不走曲折傳播的道路。有意思的是數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)者幾乎都不約而同地選擇了,順其自然的科普方式,先讓有緣人去閱讀它,說不定哪天就能讓數(shù)學(xué)大家看見。即便數(shù)學(xué)大咖沒看見,有同行看懂就行。因此去中心化的思想是偉大的,它能讓新生事物有一席之地,并能獲得包容性成長。如今哥猜證明出來了,但僅在小范圍內(nèi)科普。
本文作者通過化約偶數(shù)分割方程,經(jīng)數(shù)乘逆運(yùn)算或叉乘逆運(yùn)算得到不可約整系數(shù)多項(xiàng)式方程,可知奇數(shù)互素解集是偶數(shù)分割方程的本原解;經(jīng)點(diǎn)乘逆運(yùn)算得到無合數(shù)整系數(shù)多項(xiàng)式方程,可知素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系是偶數(shù)分割方程的簡單本原解。由于可表偶數(shù)的定義表達(dá)就是簡單本原解,故與可表偶數(shù)互補(bǔ)關(guān)系的例外偶數(shù)就一定是空集,從而證明了二元加法運(yùn)算在可表偶數(shù)上封閉。由于此引理獲證,可多米諾骨牌式地解決哥德巴赫猜想、齋藤猜想、孿生素?cái)?shù)猜想、波利尼亞克猜想、莫德爾猜想、費(fèi)馬猜想、比爾猜想、abc猜想、奧波曼猜想和黎曼猜想等難題。
如何將證明可以向大眾講清楚呢?這么說吧,只要數(shù)學(xué)史學(xué)到希爾伯特那就可以理解哥猜證明了,哥猜是希爾伯特向新世紀(jì)的數(shù)學(xué)家提出的23個(gè)數(shù)學(xué)難題中的第八個(gè)問題,其實(shí)用希爾伯特的數(shù)學(xué)思想就足以證明哥猜。真是解鈴還須系鈴人啊。希爾伯特要是能醒來看到哥猜證明,會(huì)撲哧一笑的,原來數(shù)學(xué)家一直在騎驢找驢呢!希爾伯特的內(nèi)積思想太偉大了,后文將用此思想解決哥猜。
所有的兩奇素?cái)?shù)相加都可以得到偶數(shù),這個(gè)沒問題,所有不小于8的偶數(shù)都能分割成兩個(gè)不同的奇素?cái)?shù),這個(gè)就不好說,萬一有一例外呢?好吧,那就假設(shè)有例外偶數(shù)是不能用兩不同奇素?cái)?shù)成功分割的?,F(xiàn)在好了,所有不小于8的偶數(shù)就分成了兩大部分,一是能夠用兩不同奇素?cái)?shù)相加之和(或相減之差)表達(dá)的偶數(shù),叫可表偶數(shù),另一就是不能如此表達(dá)的,叫例外偶數(shù)。它們的并集是不小于8的全集偶數(shù)(先只討論加法可表偶數(shù),減法亦同,后文省略)。而小于8的偶數(shù)我們單個(gè)討論,6可以3+3獲得,但非不同的奇素?cái)?shù),4可以2+2獲得,也非不同的奇素?cái)?shù),且還是偶素?cái)?shù),2可以1+1獲得,但1即不是素?cái)?shù)也不是合數(shù)。所以我們僅從8開始討論所有偶數(shù)。
各位看官,注意到?jīng)]有,咱不是避重就輕改頭換面去證明哥猜弱猜想,然后由農(nóng)村包圍城市。咱是反過來,避輕就重,打不贏連長,就挑戰(zhàn)營長,打不贏營長,就挑戰(zhàn)團(tuán)長。歐拉型的哥猜不好證明,咱就去證明比歐拉型哥猜更根本的問題。而互素型哥猜,就比歐拉型哥猜根本得多,歐拉型哥猜對兩素?cái)?shù)是否相同,不限制,互素型哥猜必須兩素?cái)?shù)是不一樣的,顯然難度加大了,互素型哥猜成立,歐拉型哥猜就成立,但歐拉型哥猜成立,互素型哥猜未必成立。就像1+1與1+2一樣不是一回事,但1+1成立,1+2就成立,反之則推不出。本文證明,是直奔互素型哥猜而去的。
所有不小于8的偶數(shù)都可以至少用一對不同的奇素?cái)?shù)之和表示,這就好比用偶數(shù)表示人類的這一代所有成員,那么每個(gè)人類成員都可以找到自己相匹配的上一代用奇素?cái)?shù)表示的一對父母,當(dāng)然還可以找到更多的養(yǎng)父養(yǎng)父。每個(gè)不小于8的偶數(shù)都有一對共軛差最小且不為0的奇素?cái)?shù)對,這就好比人類成員都有對應(yīng)的上一代父母。證明哥猜,就相當(dāng)于證明人類每個(gè)成員都有一對父母,即單親繁殖和多親繁殖是不存在的。如果真有單親繁殖,一定是隱性包含了血緣雙親,如果真有多親繁殖,一定是隱性包含了養(yǎng)父養(yǎng)母和雙親,即無父無母的生命是找不到的,證明哥猜就是證明這個(gè)思想,就是證明例外偶數(shù)是空集,即所有不小于8的偶數(shù)都是可表偶數(shù)。
證明例外偶數(shù)是空集的思想,就是證明心外無物,就是證明沒有父母就沒有人類,就是證明沒有內(nèi)涵就沒有外延。凡價(jià)值對象經(jīng)區(qū)塊鏈保證都能成為比特幣,這一點(diǎn)沒問題,是不是所有的比特幣都是由區(qū)塊鏈點(diǎn)對點(diǎn)生成的呢?哥猜就是要證明,脫離區(qū)塊鏈點(diǎn)對點(diǎn)生成的比特幣是不存在的。凡有價(jià)值的對象皆有底層映射。你想不效忠底層映射都不行,因?yàn)闄C(jī)器信用會(huì)幫助你效忠。沒有點(diǎn)對點(diǎn)私密支持的合約是不存在的。
用數(shù)學(xué)語言表達(dá)就是,“二元加法運(yùn)算在可表偶數(shù)上封閉”。該命題可用偶數(shù)分割方程的素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系和通解之間的內(nèi)積運(yùn)算獲得證明。尤其是可表偶數(shù)和例外偶數(shù)與素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系之間存在著一榮俱榮一損俱損的緊密關(guān)聯(lián)。可表偶數(shù)與例外偶數(shù)的互補(bǔ)定義,決定了例外偶數(shù)無素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系,例外偶數(shù)的通解也就成了空集。而可表偶數(shù)就責(zé)無旁貸地囊括了全集偶數(shù)的通解,從而證明了可表偶數(shù)的數(shù)乘封閉,即二元加法運(yùn)算在可表偶數(shù)上不存在數(shù)域擴(kuò)張和數(shù)域縮減。
該引理獲證,可解決哥德巴赫猜想、齋藤猜想、孿生素?cái)?shù)猜想、波利尼亞克猜想、莫德爾猜想、比爾猜想、abc猜想、奧波曼猜想和黎曼猜想等難題。現(xiàn)證明如下:
2.1.把任意整數(shù)分割為兩個(gè)不同整數(shù)的三元方程化約為互素方程.
所有大于3的等量連接都可以用不等量連接來優(yōu)化構(gòu)造。等量連接和不等量連接之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是理解萬物的樞紐。
于是就有了素?cái)?shù)的定義:除1和自身外不能被其它整數(shù)整除的數(shù)叫素?cái)?shù)。雖有循環(huán)定義之嫌,但還是刻畫了素?cái)?shù)的本質(zhì)。這里補(bǔ)充另一個(gè)更精準(zhǔn)的定義:除用1外不能用其它整數(shù)等量分割的數(shù)叫素?cái)?shù)??梢圆坏攘糠指畹臄?shù)未必是素?cái)?shù),素?cái)?shù)是僅能不等量分割的數(shù),除用1外。前者用乘法的逆運(yùn)算定義,后者用加法的逆運(yùn)算定義。有了對素?cái)?shù)的更深理解,我們再來考察整數(shù)。本文的運(yùn)算對象,除特別說明外,皆在整數(shù)范圍內(nèi)。
有人認(rèn)為哥猜表達(dá)式很怪異,素?cái)?shù)是用來乘的,不是用來加的,而素?cái)?shù)的新定義是加法定義的,原來素?cái)?shù)性質(zhì)也體現(xiàn)在加法功能中。素?cái)?shù)是不等量分解的產(chǎn)物,也是不等量分割的產(chǎn)物。這個(gè)思想是找到素?cái)?shù)之礦的挖掘機(jī),有了這個(gè)思想的靈光一現(xiàn),于是就產(chǎn)生了整數(shù)的不等量分割方程,這直接導(dǎo)致了哥猜的破解。
可見如何對事物下定義對成功解決問題是多么重要。本文不是證明哥猜的學(xué)術(shù)論文,相關(guān)學(xué)術(shù)論文已發(fā)表在《深圳基礎(chǔ)理論原創(chuàng)文集》(數(shù)學(xué)物理卷)(海天出版社2017年5月出版)以及其它學(xué)術(shù)雜志和預(yù)印本上。本文不是干貨,是水貨,允許啰哩啰唆地表達(dá),只求讀者最后能理解。帶點(diǎn)情感表達(dá),讀者更容易明白,閱讀完美的干貨不容易看懂,因?yàn)檩o助線都被作者完工后涂掉了,其實(shí)讀者更喜歡那些不“過河拆橋”的作者,好知道每個(gè)環(huán)節(jié)的來源。而某些引理已看懂的讀者自然會(huì)選擇跳讀。好了,現(xiàn)開始進(jìn)入正題。
對整數(shù)c進(jìn)行不等量二元分割,便產(chǎn)生了較大的a與較小的b,于是有了三元方程a+b=c,分割后有四種組合,偶+偶=偶,奇+偶=奇,奇+奇=偶,偶+奇=奇,化約該方程,得到奇+奇=偶,或奇+偶=奇,移項(xiàng)得到奇-奇=偶,即兩類情形,其中三元互素。故整數(shù)分割方程的通解就是兩互素的奇數(shù)之和等于2n,或兩互素的奇數(shù)之差等于2n。兩個(gè)方程都能得到偶數(shù)通解和奇數(shù)通解。于是討論偶數(shù)分割就解決了整數(shù)分割。
也就是說,可用非1的等量分割所有的2n。若n是偶數(shù),針對兩個(gè)n通過減1加1或加減其它數(shù),即可完成對2n的不等量分割,其中n大于3;若n是奇數(shù),針對兩個(gè)n通過減2加2或加減其它數(shù),即可完成對2n的不等量分割,其中n大于3.總之,每個(gè)不小于8的偶數(shù)都可以用兩個(gè)不同的互素奇數(shù)分割。
以下是三元方程2n的通解表達(dá):
p1^a1p2^a2p3^a3......pi^ai k+ q1^b1q2^b2q3^b3......qi^bik=2n(當(dāng)非互素時(shí)有共因子k,2n為不小于8的全體偶數(shù),p為素?cái)?shù),a為正整數(shù))。
然后會(huì)得到三元方程2n的本原解表達(dá):
ap+bq=2n(即方程兩邊進(jìn)行數(shù)乘逆運(yùn)算或叉乘逆運(yùn)算把上式變?yōu)椴豢杉s多項(xiàng)式方程,就是將整系數(shù)多項(xiàng)式方程約掉公因子或公因式)。
(其中p、q為互素的奇素?cái)?shù),a、b為互素的自然數(shù),n為>3的全部自然數(shù))
每次令第一項(xiàng)與2n互素,必三元互素,否則有分?jǐn)?shù),這與差值必有整數(shù)解矛盾。
故2n的分割方程其本原解全集就是本原解方程中的2n項(xiàng)自身,與原方程右邊2n的全部解集一樣,未發(fā)生數(shù)域擴(kuò)張或數(shù)域縮減。
因n與2n之間定有大于n的新素?cái)?shù)(伯特蘭定理),故每個(gè)偶數(shù)都可以分割為兩個(gè)互素的奇數(shù)項(xiàng)相加。
每次2n減去該新素?cái)?shù)p所得到的奇數(shù)差值bp必與該新奇素?cái)?shù)互素。因?yàn)樾滤財(cái)?shù)p與2n互素,就必與差值互素。新素?cái)?shù)p為何會(huì)與2n互素,因?yàn)槠嫠財(cái)?shù)p大于n,所以2p大于2n,即p乘以任何整數(shù)也不能等于2n,故2n會(huì)與p互素。2n-p=bq,2n必與bq互素。
總之,每一個(gè)偶數(shù)都能成功地分割為兩個(gè)互素奇數(shù)之和或兩個(gè)互素奇數(shù)之差。保證了原分割方程2n的本原解解集也是偶數(shù)全集。即ap+bq=2n或ap-bq=2n,其中p、q屬于所有奇素?cái)?shù),n屬于大于3的所有自然數(shù),a、b屬于所有自然數(shù),a=1,p>bq時(shí),大于等于8的每個(gè)偶數(shù)2n至少各有一組互素奇數(shù)的分割解。
本原解方程的表達(dá)雖沒有唯一性,但表達(dá)本原解的全集方程具有唯一性。重要的話,不怕再啰嗦一句:不小于8的全體偶數(shù)都可以分割成互素的奇數(shù)之和。這是偶數(shù)分割方程的本原解方程,也就是說,偶數(shù)分割方程的通解方程與偶數(shù)分割方程的本原解方程,存在著一一對應(yīng)的關(guān)系,偶數(shù)的通解表達(dá)式可以線性映射到偶數(shù)的本原解表達(dá)式上。
得到這個(gè)結(jié)論是非常重要的,雖然這個(gè)結(jié)論用陳景潤定理也可以推理出來,但僅在充分大的前提下推得,不像本文推得的結(jié)論,是在不小于8的偶數(shù)范圍里成立的,因此本文推理得到的結(jié)論更強(qiáng)。這意味著每個(gè)偶數(shù)都可以分割成互素的兩部分,踏上了最后能分割成兩互素的奇素?cái)?shù)之和的道路。不等量分割是從加性的角度尋找素?cái)?shù)的方法,這個(gè)思想非常重要。
不難證明它們是同構(gòu)映射關(guān)系。
因?yàn)榕紨?shù)的通解表達(dá)式映射到偶數(shù)上是同態(tài)的,偶數(shù)映射到偶數(shù)的本原解表達(dá)式上也是同態(tài)的,故偶數(shù)的通解表達(dá)式映射到偶數(shù)的本原解表達(dá)式上也是同態(tài)的。(傳遞性法則)
另外,偶數(shù)的本原解表達(dá)映射到偶數(shù)上是同態(tài)的,偶數(shù)映射到偶數(shù)的通解表達(dá)式上也是同態(tài)的,故偶數(shù)的本原解表達(dá)式映射到偶數(shù)的通解表達(dá)式上也是同態(tài)的。(傳遞性法則)
故偶數(shù)通解和偶數(shù)本原解之間是同構(gòu)關(guān)系,是一榮俱榮一損俱損的。這就意味著找不到本原解就找不到通解,找不到通解就找不到相應(yīng)的本原解。
2.2.再把全集偶數(shù)2n分割得到的本原解方程化約為簡單本原解方程.
由于本原解三元方程,大家都比較熟悉,上文沒有對本原解三元方程的定義加以說明,這里補(bǔ)充說明下,整系數(shù)三元互素的方程就是本原解三元方程,而有公因子或公因式的整系數(shù)三元方程就是通解三元方程。2.1證明了,三元通解方程與三元本原解方程是同構(gòu)表達(dá)不小于8的全體偶數(shù)的。
接下來,我們來定義兩個(gè)新概念,就是簡單本原解三元方程和最簡本原解三元方程。先定義下簡單本原解整系數(shù)三元方程,偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)式是由原來的偶數(shù)本原解表達(dá)式而來,在本原解表達(dá)式的基礎(chǔ)上,方程左邊二元多項(xiàng)式各元僅保留一個(gè)奇素?cái)?shù),方程右邊單項(xiàng)式偶數(shù)變?yōu)榭杀砼紨?shù)(即例外偶數(shù)是可表偶數(shù)關(guān)于不小于8的全集偶數(shù)上的補(bǔ)集),也就是奇素?cái)?shù)與奇素?cái)?shù)加減得到可表偶數(shù)的方程,叫偶數(shù)的簡單本原解三元方程。再說說最簡本原解三元方程,偶數(shù)的最簡本原解表達(dá)式是由偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)式而來,在簡單本原解表達(dá)式的基礎(chǔ)上,方程左邊二元多項(xiàng)式繼續(xù)分解化約,最后各元僅保留一個(gè)奇素?cái)?shù),方程右邊單項(xiàng)式偶數(shù)由原來的可表偶數(shù)變?yōu)閮H有一個(gè)奇素?cái)?shù)因子一個(gè)偶素?cái)?shù)因子的可表偶數(shù),也就是奇素?cái)?shù)與奇素?cái)?shù)加減得到奇素?cái)?shù)的2倍,叫偶數(shù)的最簡本原解三元方程。
由ap-bq=2cm=2n或ap+bq=2cm=2n 可知,三元方程增廣向量(p、-q,-2m)或(p、q,-2m)與向量(a,b,c)T是一對正交基,(a,b,c)T為線性無關(guān)組。故增廣向量(p、-q,-2m)或(p、q,-2m)為線性相關(guān)組(其中a,b,c為所有正整數(shù))。也可以說,2n可由素?cái)?shù)向量組(p、-q)或(p、q)線性表示。一對正交基有可能都是線性相關(guān)的,有可能都是線性無關(guān)的,也有可能一個(gè)線性相關(guān),一個(gè)線性無關(guān)。但2n分割方程在素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系的內(nèi)積分解中,向量(a,b,c)T都是正數(shù),肯定是線性無關(guān)的,向量(p、-q,-2m)或(p、q,-2m)有正有負(fù),且奇數(shù)加奇數(shù)是一定會(huì)等于偶數(shù)的,故存在線性相關(guān)。素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系向量組(p、-q)或(p、q)是線性無關(guān)的,但素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系增廣向量組是線性相關(guān)的。只有基礎(chǔ)解系增廣向量組是線性相關(guān)的,才可做原方程的簡單本原解方程,而基礎(chǔ)解系的增廣向量組未必都線性相關(guān),如向量(p、-q,-2),除非p、q的奇素?cái)?shù)域可包含單位素?cái)?shù)1,僅限于特殊偶數(shù)4、6可用單位素?cái)?shù)1來進(jìn)行不等量分割表示,其中唯有特殊偶數(shù)2,無法完成不等量分割。
還已知,用兩素?cái)?shù)相加所得到的偶數(shù)定義為廣義可表偶數(shù)。如,2+2=4,3+3=6,3+5=8等,其中4,6,8就是廣義可表偶數(shù)。這里的2為偶素?cái)?shù),3+3為相同的奇素?cái)?shù)相加,以上兩例皆屬非互素二元相加,而3+5=8才是互素的二元相加。我們把兩個(gè)不同的奇素?cái)?shù)相加所得到的偶數(shù),定義為狹義可表偶數(shù),表達(dá)式是:
p-q=2m或p+q=2m(?奇素?cái)?shù)p、q,且p≠q,?正整數(shù)m≥4);這里所說的可表偶數(shù),一般特指兩素?cái)?shù)相加或相減所得到的可表偶數(shù)。從p-q=2m或p+q=2m可知,2m數(shù)乘c可還原等于2n,即2n的通解是2m被c數(shù)乘,2m是本原解方程、也是原方程的素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系,其中p、q為奇素?cái)?shù),即用兩素?cái)?shù)分割可表偶數(shù)的方程就是大于6的所有偶數(shù)2n的簡單本原解方程。
由于可表偶數(shù)的定義就是可用兩互素的奇素?cái)?shù)之和或之差表示的偶數(shù),故p-q=2m或p+q=2m就是可表偶數(shù)方程,不能用該兩奇素?cái)?shù)之和形式表達(dá)的偶數(shù),叫例外偶數(shù)。
也就是說,系數(shù)向量(a,b)T為(1,1)T時(shí),可表偶數(shù)方程p-q=2m或p+q=2m就是通解方程ap-bq=2n或p+q=2m的素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程;同樣,原偶數(shù)分割方程ap-bq=2n或ap+bq=2n就是素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程p+q=2m的通解方程。2n向量存在由素?cái)?shù)向量組線性表示,是素?cái)?shù)向量組的線性組合,正整數(shù)向量(a、b)為組合系數(shù)。
為何不小于8的全集偶數(shù)一定有素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程,即素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系的增廣向量線性組是線性相關(guān)的,因?yàn)槠嫠財(cái)?shù)加奇素素一定是偶數(shù),該偶數(shù)至少是全集偶數(shù)的子集,而根據(jù)算術(shù)基本定理,偶數(shù)的本原解子集經(jīng)數(shù)乘可還原得到不小于8的偶數(shù)全集,故一定存在素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程。從偶數(shù)全集到偶數(shù)的子集,從偶數(shù)子集到偶數(shù)全集,在偶數(shù)分割方程中簡化和還原互為逆運(yùn)算。
此時(shí)系數(shù)向量為(1,1)T,它就是2n的簡單本原解方程。分量2n/c(可被c整除時(shí))或2nc即2m可由素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系向量(p、-q)或(p、q)的兩個(gè)分量之差或之和表示,這就是關(guān)于2n分割方程的簡單本原解定義??梢娪型ń饩鸵欢ㄓ斜驹?,有本原解就一定有簡單本原解。那例外偶數(shù)作為偶數(shù)的一種,也必然存在簡單本原解,即2m’c或2m’/c理應(yīng)可由素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系向量(p、-q)或(p、q)的兩個(gè)分量之差或之和表示,同時(shí)2m’c∈2m’,2m’/c∈2m’,是例外偶數(shù)范疇中的簡單本原解。
表達(dá)偶數(shù)簡單本原解(即素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系)的三元方程沒有唯一性,表達(dá)偶數(shù)簡單本原解的三元全集方程具有唯一性;表達(dá)偶數(shù)通解的三元方程沒有唯一性,表達(dá)偶數(shù)通解的三元全集方程具有唯一性。其簡單本原解三元方程規(guī)定,左邊兩項(xiàng)為奇素?cái)?shù),右邊一項(xiàng)為可表偶數(shù)。
根據(jù)可表偶數(shù)的定義可知,偶數(shù)分割方程的本原解方程,即所有奇素?cái)?shù)兩兩互素相加所得的和2m,就是可表偶數(shù)方程。2m’為不同于可表偶數(shù)的例外偶數(shù),那2m就是偶數(shù)2n分割方程的簡單本原解。 2m’根據(jù)定義則不是。
重要的話,不怕再啰嗦,特此聲明:不小于8的全集偶數(shù)都有且必有簡單本原解,經(jīng)線性映射而得到。
2.3.例外偶數(shù)2m’不存在最簡本原解,無互素對之和可表2倍素?cái)?shù).
根據(jù)全集偶數(shù)是一定有簡單本原解的判定,可知2m’也一定存在2m’/c=p±q或2m’c=p±q,如此這般的簡單本原解,其中2m’c或2m’/c必須屬于2m’,因?yàn)樽鳛槿我馀紨?shù)2n除以c或乘以c后得到2m是一定有簡單本原解的,但2m’作為非可表偶數(shù),沒有簡單本原解,其除以c或乘以c后所得到的2m’的子集也就肯定沒有簡單本原解。因?yàn)橥ń馐呛唵伪驹獾某浞謼l件,是單同態(tài)的,簡單本原解是通解的必要條件,是滿同態(tài)的,兩者是單滿射的同構(gòu)關(guān)系。例外偶數(shù)作為通解沒有本原解是可表偶數(shù),也沒有簡單本原解是可表偶數(shù)。例外偶數(shù)的定義是,偶數(shù)中的非可表偶數(shù),叫例外偶數(shù),2n=2m∪2m’,2m∩2m’= ?。思考可表偶數(shù)與例外偶數(shù)是解決哥猜問題的關(guān)鍵。
其中可表偶數(shù)方程就是全集偶數(shù)方程的簡單本原解方程,它的簡單本原解就是素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系,刻畫全部偶數(shù)的奇數(shù)一般解集是原方程通解。經(jīng)過數(shù)乘逆運(yùn)算或叉乘逆運(yùn)算化約后得到不可約多項(xiàng)式方程,刻畫全部偶數(shù)的奇數(shù)互素解集是本原解解集;經(jīng)過點(diǎn)積逆運(yùn)算化約后得到無合數(shù)多項(xiàng)式方程,刻畫全部偶數(shù)的素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系是簡單本原解解集。
可表偶數(shù)關(guān)聯(lián)定理:偶數(shù)通解解集確定的三元方程有且僅有相應(yīng)數(shù)乘線性映射而確定的偶數(shù)簡單本原解解集.
莫小看這個(gè)命題,它可得到很多驚悚的結(jié)果。這個(gè)命題的證明是這樣的,在三元方程a-b=c或a+b=c中,a<b<c,不論c是奇數(shù)還是偶數(shù),必存在a≠b,因a=b時(shí)就會(huì)合并為非三元方程,況且前文還證明了凡等量分割皆有不等量分割的等價(jià)形式。既然c有不等量分割的通解,經(jīng)化約后a、b必有不同的素因子,而有不同的素因子,就相應(yīng)地有互素的本原解解集,即a-b=c或a+b=c等價(jià)于kx-ky=kz或kx+ky=kz,其中x、y、z三元互素,k為正整數(shù),x-y=z或x-y=z就是a-b=c或a-b=c的唯一本原解方程。有本原解解集就必有簡單本原解解集,因?yàn)榉匠堂恳豁?xiàng)的合數(shù)都含素因子。于是定理“一個(gè)有通解的三元整系數(shù)方程必有簡單本原解解集”就得到了證明,它的逆命題也成立,因?yàn)檎麛?shù)分割方程是左右同構(gòu)的,化約后的本原解方程也是左右同構(gòu)的,其簡單本原解方程即可表偶數(shù)方程也是左右同構(gòu)的,故有唯一簡單本原解解集就有唯一本原解解集,有唯一簡單本原解解集就有唯一通解解集??梢姳驹夥匠膛c簡單本原解方程是同構(gòu)命題。
進(jìn)一步可知,有簡單本原解解集就必有最簡本原解解集,兩類方程也是同構(gòu)命題。因?yàn)樗財(cái)?shù)基礎(chǔ)解系的增廣項(xiàng)可通過內(nèi)積逆運(yùn)算提取出奇素?cái)?shù)因子,直到僅剩下一個(gè)奇素?cái)?shù)因子,即素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系的2w增廣向量組就是最簡本原解解集。于是我們得到一個(gè)推論,即可表偶數(shù)關(guān)聯(lián)定理:“通解解集確定的三元整系數(shù)方程有且僅有相應(yīng)數(shù)乘確定的最簡本原解解集”。
整數(shù)分割方程各項(xiàng)都有素因子就可進(jìn)行點(diǎn)積逆運(yùn)算,得到一組含素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系增廣向量的正交基,當(dāng)該增廣向量含一個(gè)負(fù)偶數(shù)分量時(shí),必線性相關(guān),就能得到素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程,而素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系為最大線性無關(guān)。即 x-y=z或 x+y=z等價(jià)于rp-sq=t2w或rp+sq=t2w,其中p、q、w三元互素,r、s、t為正整數(shù),且p、q皆為所有奇素?cái)?shù),2m為可表偶數(shù),即里頭的偶數(shù)可以二元分割出所有的奇素?cái)?shù),p-q=2m或p+q=2m就是x-y=z或x+y=z的簡單本原解方程。當(dāng)m僅為奇素?cái)?shù)w時(shí),存在p-q=2w或p+q=2w就是x-y=z或x+y=z的最簡本原解方程。(p,-q)也叫原偶數(shù)分割方程的素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系。有了最簡本原解方程,就可以反過來探知可表偶數(shù)的更多性質(zhì)。
因?yàn)楦鶕?jù)算術(shù)基本定理,通解必是各元最簡本原解的數(shù)乘組合以及內(nèi)積組合,或者說是叉乘或點(diǎn)乘的組合,叉乘包含純量數(shù)乘,由于乘法須滿足交換律和結(jié)合律,故數(shù)乘、叉乘和點(diǎn)乘僅在各組相乘素因子定義域的交集范圍里才成立,比如說最簡本原解中w范圍里不允許有的素?cái)?shù),數(shù)乘t中也不能含有。在最簡本原解方程的基礎(chǔ)上通過點(diǎn)乘就可得到簡單本原解方程,即可表偶數(shù)方程。
通過可表偶數(shù)方程p-q=2m或p+q=2m的定義可知左邊包含所有的奇素?cái)?shù),右邊是否全部包含所有奇素?cái)?shù)因子,還暫時(shí)無法判定,從左到右的素?cái)?shù)域還只知是同態(tài)關(guān)系。簡單本原解方程的更多性質(zhì)是通過最簡本原解方程的性質(zhì)來獲悉的。
從最簡本原解方程可得到,素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系2倍的素?cái)?shù)增廣項(xiàng),繼而推論出,素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程p-q=2w或p+q=2w中,w一定包含了所有的奇素?cái)?shù)。
我們已經(jīng)證得所有偶數(shù)集2n定能可窮分類為可表偶數(shù)與可表偶數(shù)的數(shù)乘兩部分,因?yàn)榕紨?shù)分割方程右邊偶數(shù)部分的簡單本原解解集2m≠{2,4,6,2n+1},所以簡單本原解2m無論乘以多少非1的自然數(shù)都無法獲得2w。而根據(jù)簡單本原解的推理結(jié)論2n=2cm,除非2m的數(shù)乘2cm,其中c為單位素?cái)?shù)1時(shí),2w是2n的子集;c取非1時(shí)2w不存在,故2w∈2m,w就一定包含了所有的奇素?cái)?shù)因子和偶素?cái)?shù)因子以及單位素?cái)?shù)因子,否則2n就不能囊括所有偶數(shù),由此證明了所有的2w都不是靠2m與非1數(shù)乘所獲得的數(shù)。這就證明了可表偶數(shù)方程p-q=2m或p+q=2m(p、q為奇素?cái)?shù),m大于3)中的左右奇素?cái)?shù)因子域不僅是單同態(tài)關(guān)系,還是同構(gòu)關(guān)系,因?yàn)榭杀砼紨?shù)2m中2p囊括了所有的奇素?cái)?shù)因子。由此我們知道簡單本原解方程中的各元數(shù)乘和點(diǎn)乘值域可取奇素?cái)?shù)因子全集以及偶素?cái)?shù)2來獲取通解。這一結(jié)論很重要,因?yàn)榉匠痰幕s和還原運(yùn)算都是在交換律和結(jié)合律的前提下進(jìn)行的,如果無法判斷方程左右的素因子域,通解與最簡本原解之間通過系數(shù)的解集變換就無法進(jìn)行下去。
無最簡本原解,即無素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系2w增廣向量組(p、-q、-2w)或(p、q、-2w),也就無簡單本原解2m增廣向量組(p、-q、-2m)或(p、q、-2m)和本原解z增廣向量組(x、-y、-z)或(x、y、-z),也就無通解c增廣向量組(a、-b、-c)或(a、b、-c)??梢娝?cái)?shù)基礎(chǔ)解系是偶數(shù)分割方程獲得全部通解的必要條件。定理“偶數(shù)通解解集確定的三元整系數(shù)方程有且僅有相應(yīng)線性映射確定的偶數(shù)最簡本原解解集”獲證。
2.4.例外偶數(shù)2m’的簡單本原解解集是空集,其通解解集也是空集.
有了以上概念,就可以理解以下關(guān)鍵證明了。既然例外偶數(shù)2m’是自定義選擇了怎么也沒有簡單本原解,它通過內(nèi)積逆運(yùn)算也就無法獲得唯一最簡本原解,即形如方程p+q=2w或p-q=2w的解集,就是最簡本原解,其中p、q、w皆為奇素?cái)?shù)全集,它的數(shù)乘也就自然沒有簡單本原解,即形如可表偶數(shù)定義方程p+q=2m或p-q=2m的解集,就是簡單本原解,其中三元皆含奇素?cái)?shù)因子全集。例外偶數(shù)的最簡本原解、簡單本原解以及本原解也就依次不存在。既然例外偶數(shù)的本原解不存在,那么例外偶數(shù)的通解也就不存在。而一旦有解,就會(huì)與例外偶數(shù)的定義發(fā)生矛盾。既然例外偶數(shù)2m’沒有簡單本原解,2m’≠ p-q,或者2m’≠ p+q,那么例外偶數(shù)的原分割方程也就沒任何解。因?yàn)樵匠趟薪舛际呛唵伪驹猓ㄋ財(cái)?shù)基礎(chǔ)解系)的數(shù)乘或內(nèi)積,最簡本原解是空集,它的數(shù)乘或內(nèi)積也必是空集,例外偶數(shù)的通解必是空集。
由于以上是重要證明,不妨反復(fù)解讀,用多種理解表達(dá)下。凡不小于8的全集偶數(shù),根據(jù)算術(shù)基本定理都有唯一表達(dá)的素因子積,而可用兩奇素?cái)?shù)之和表示的可表偶數(shù)一定是全集偶數(shù)的子集(含假子集),因此可表偶數(shù)的數(shù)乘就能獲得不小于8的全集偶數(shù)(由于乘法滿足交換律和結(jié)合律,故須確定可表偶數(shù)的素因子域才可進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)乘,否則會(huì)帶來主觀擴(kuò)域。反過來從全集偶數(shù)約掉數(shù)乘純量得到可表偶數(shù)則容易判定出純量素因子值域,因?yàn)槿紨?shù)顯然含所有素因子)。
由于2.3已證,兩奇素?cái)?shù)相加所得到的和包含所有的素因子,故數(shù)乘的純量值域可以是所有自然數(shù),在可表偶數(shù)所允許的素?cái)?shù)域中添加素因子就足以還原得到全集偶數(shù),于是可表偶數(shù)的數(shù)乘與不小于8的全集偶數(shù)是同構(gòu)的。而根據(jù)例外偶數(shù)的定義,它不在可表偶數(shù)中,又須在全集偶數(shù)中,而全集偶數(shù)除了可表偶數(shù),就是可表偶數(shù)的數(shù)乘,那例外偶數(shù)就在可表偶數(shù)的數(shù)乘中。
由于例外偶數(shù)在可表偶數(shù)中是空集,例外偶數(shù)只能通過空集的數(shù)乘而獲得同構(gòu)映射,于是例外偶數(shù)的子集數(shù)乘無論如何都還是空集,而不小于8的所有偶數(shù)都是可以通過可表偶數(shù)的子集數(shù)乘獲得偶數(shù)全集的(不是所有的子集數(shù)乘都能得到全集偶數(shù)的)。例外偶數(shù)也須如此,例外偶數(shù)要想獲得該類型全集偶數(shù),除了用相應(yīng)的可表偶數(shù)該類型子集進(jìn)行數(shù)乘,別無選擇,而例外偶數(shù)在可表偶數(shù)中僅為空集,空集的數(shù)乘還是空集,故可表偶數(shù)與不小于8的全集偶數(shù)同構(gòu)。
因p+q-2m=0(p、q為所有的奇素?cái)?shù),2m為可表偶數(shù),m大于3);且ap+qb-2mc=0(p、q為所有的奇素?cái)?shù),2m為可表偶數(shù),a、b為含所有奇素?cái)?shù)因子的奇數(shù)、c為含所有素?cái)?shù)的整數(shù),m大于3(以上兩組的證明,見上文2.1至2.4)。故,素?cái)?shù)向量組(p,q,-2m)與系數(shù)向量組(a、b、c)是偶數(shù)分割方程的一對正交基,也就是說多項(xiàng)式函數(shù)f(p,q,2m)=p+q-2m通過向量組(a、b、c)線性映射到多項(xiàng)式函數(shù)f(p,q,2m)=ap+qb-2mc必有0點(diǎn)解。
所以,可表偶數(shù)是一定能夠通過數(shù)乘獲得不小于8的全集偶數(shù)的。而可表偶數(shù)的數(shù)乘2mc除可表偶數(shù)2m外,所剩數(shù)乘部分則為例外偶數(shù)。根據(jù)定義,由于例外偶數(shù)在可表偶數(shù)上是空集,故其數(shù)乘部分仍是空集。故可表偶數(shù)的數(shù)乘皆為可表偶數(shù)。因例外偶數(shù)也是偶數(shù)中的一種,也應(yīng)可分成兩類偶數(shù),一類為可表偶數(shù),一類為可表偶數(shù)的數(shù)乘。所以如果有例外偶數(shù),則一定能在可表偶數(shù)的數(shù)乘中獲取,如果沒有則例外偶數(shù)只能為空集??梢娎馀紨?shù)是因?yàn)闆]有簡單本原解而導(dǎo)致沒有通解的。
偶數(shù)的簡單本原解方程表達(dá)雖沒有唯一性,但表達(dá)簡單本原解的全集方程具有唯一性。重要的話,不怕再啰嗦一句:不小于8的可表偶數(shù)都可以分割成互素的奇素?cái)?shù)之和或之差。這是偶數(shù)分割方程中的簡單本原解方程,也就是說,偶數(shù)分割方程的通解方程與偶數(shù)分割方程的簡單本原解方程,存在著一一對應(yīng)的關(guān)系,偶數(shù)的通解表達(dá)式可以線性映射到偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)式上。
不難證明通解和簡單本原解之間是同構(gòu)映射關(guān)系(用算術(shù)基本定理證明或用可表偶數(shù)關(guān)聯(lián)定理證明)。
因?yàn)榕紨?shù)的通解表達(dá)式線性映射到偶數(shù)本原解表達(dá)式上是同態(tài)的,偶數(shù)本原解表達(dá)式線性映射到可表偶數(shù)的數(shù)乘上也是同態(tài)的,可表偶數(shù)的數(shù)乘線性映射到所有2倍奇素?cái)?shù)的數(shù)乘上也是同態(tài)的,2倍奇素?cái)?shù)的數(shù)乘線性映射到偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)式上也是同態(tài)的,故偶數(shù)的通解表達(dá)式線性映射到偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)式上也是同態(tài)的(傳遞性法則)。
另外,偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)線性映射到可表偶數(shù)上是同態(tài)的,可表偶數(shù)線性映射到可表偶數(shù)的數(shù)乘上是同態(tài)的(由于例外偶數(shù)是可表偶數(shù)的數(shù)乘子集,根據(jù)例外偶數(shù)的定義,它在可表偶數(shù)上是空集,故它在可表偶數(shù)的數(shù)乘上也就一定是空集),可表偶數(shù)的數(shù)乘線性映射到偶數(shù)上是同態(tài)的,偶數(shù)線性映射到偶數(shù)的通解表達(dá)式上也是同態(tài)的,故偶數(shù)的簡單本原解表達(dá)式線性映射到偶數(shù)的通解表達(dá)式上也是同態(tài)的(傳遞性法則)。
故偶數(shù)通解和偶數(shù)簡單本原解之間是同構(gòu)關(guān)系,是一榮俱榮一損俱損的。這就意味著找不到簡單本原解就找不到通解,找不到通解就找不到相應(yīng)的簡單本原解。
如果例外偶數(shù)2m’沒有簡單本原解,2m≠p-q,或者2m≠p+q,根據(jù)定理“經(jīng)數(shù)乘和內(nèi)積變換,通解解集確定的三元整系數(shù)方程有且僅有相應(yīng)確定的簡單本原解解集”,那么例外偶數(shù)的原方程也就沒任何解。例外偶數(shù)橫豎是空集,根據(jù)定義,p+q=2m或p-q=2m為可表偶數(shù),可得同構(gòu)等式2n =2m∪2m’=2m∪?,故2n =2m。于是可證2n=p-q或2n=p+q為左右同構(gòu)等式,其中n>3,m>3、p、q互素且為所有奇素?cái)?shù)。于是哥德巴赫猜想和齋藤猜想獲證。
把以上證明的步驟換一種描述就是:
不小于8的全集偶數(shù)皆可分割為一對互素的奇素?cái)?shù)之和(偶數(shù)分割本原解三元方程)。故不小于8的全集偶數(shù)就一定有最簡本原解三元方程。因?yàn)楸驹夥匠倘ニ兀跐M足結(jié)合律和交換律的前提下,方程右邊偶數(shù)項(xiàng)必有含所有奇素?cái)?shù)域的一個(gè)素因子,方程左邊的兩奇數(shù)項(xiàng)也必各含所有奇素?cái)?shù)域的一個(gè)素因子,所以必有素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系方程p+q=2w(p、q、w為任意奇素?cái)?shù))。如果w不為任意奇素?cái)?shù),2w的數(shù)乘亦無法還原得到不小于8的全集偶數(shù),因?yàn)樵谂紨?shù)最簡本原解不小于8的基礎(chǔ)上,任意數(shù)乘都會(huì)得到多個(gè)素因子數(shù)或多個(gè)2因子數(shù),這樣通項(xiàng)就會(huì)有無數(shù)偶數(shù)漏項(xiàng),矛盾,故p+q=2w是全集偶數(shù)分割可得到的最簡本原解三元方程,三元一定各含所有奇素?cái)?shù)因子域,也就必有匹配的正交基增廣線性組與之線性相關(guān),可還原得到偶數(shù)分割本原解三元方程。
我們定義含所有奇素?cái)?shù)域的兩個(gè)不同奇素?cái)?shù)相加所得到的全部偶數(shù)為可表偶數(shù)2m,顯然2w為可表偶數(shù)的子集,于是m就含所有素?cái)?shù)因子域,包括偶素?cái)?shù)??杀砼紨?shù)2m是2w的數(shù)乘得到的,它是例外偶數(shù)2m'關(guān)于全集偶數(shù)的補(bǔ)集。根據(jù)例外偶數(shù)2m'的定義,它是不能用兩奇素?cái)?shù)之和表達(dá)的偶數(shù)。故它不含2w,所以有關(guān)它的數(shù)乘就是空集。
既然所有的偶數(shù)及各種類型偶數(shù)都必有最簡本原解2w,不小于8的全集偶數(shù)及各種類型偶數(shù)由最簡本原解偶數(shù)2w或2w的數(shù)乘無漏構(gòu)成,也可以說,由可表偶數(shù)2m或可表偶數(shù)2m的數(shù)乘無漏構(gòu)成。所有的偶數(shù)都必須能這樣分割和分類,類型偶數(shù)是從最簡本原解上分類的,例外偶數(shù)也概莫能外。可是例外偶數(shù)根據(jù)此規(guī)則,由于在可表偶數(shù)上是空集,在最簡本原解上也必是空集,只能是空集的數(shù)乘還是空集。因?yàn)槔馀紨?shù)是空集,所以可表偶數(shù)就等價(jià)于不小于8的全集偶數(shù)。于是互素型哥猜就獲證,補(bǔ)上特例,歐拉型哥猜也就獲證。如果用兩奇素?cái)?shù)之差定義可表偶數(shù),一樣成立,于是齋藤猜想獲證。
除了可表偶數(shù)的數(shù)乘封閉外,其實(shí)還可以從另一角度即可表偶數(shù)的二元加法封閉,以此來證明例外偶數(shù)是空集。
在可表偶數(shù)加可表偶數(shù)的本原解方程a+b=c中,無窮素?cái)?shù)因子項(xiàng)進(jìn)行三元分配,根據(jù)鴿籠原理,必有一因子項(xiàng),在持續(xù)新增素?cái)?shù),可設(shè)置在a、b某一項(xiàng)中,根據(jù)本原解方程互素關(guān)系,c中的素?cái)?shù)因子就不可能大于a、b中的較大素?cái)?shù)因子,而方程每次a中的最大素因子皆小于b和c中的最大素因子。把較大素?cái)?shù)因子設(shè)置在c中也一樣。
由于a、b囊括了所有的奇素?cái)?shù)因子(前文已證),我們可合理構(gòu)造b解集為持續(xù)新增素?cái)?shù)的連續(xù)素因子項(xiàng)Πpi(i=1到n),且從p1到pn的素?cái)?shù)因子都每次密集無漏到場,a解集則不需要,那么a、c的素?cái)?shù)因子就在pi(i<k)內(nèi),a是c-Πpi所得到的數(shù),又因?yàn)閎、c每次若互素則互域,b、c解集之間若互域則同素,三元之間從生成元上看,沒交互同域過一回,必有一方解集始終沒有同域,所以c就沒法獲得素?cái)?shù)pi(i≥1)因子。另外,c-Πpi、Πpi本原解無法互素,也就是a、b無法互素。即
Πpi(i=1到n)+p(i+1) = c(其中的素因子除2外皆大于p(i+1));
與可表偶數(shù)互域的c中例外偶數(shù)根據(jù)定義可知非本原解,也非最簡本原解,故構(gòu)造它的素因子必與左邊的素因子值首先互域,而最簡本原解方程每次互域時(shí)都不會(huì)產(chǎn)生公共素因子,故累計(jì)與密集遞增的素因子項(xiàng)也不會(huì)有公共素因子,滿足傳遞性無限互素。
c中例外偶數(shù)的本原解若真存在的話,減去Πpi是一定有互素的差值解的,但一次互素解都沒有。c中例外偶數(shù)的素因子要么總被b中的連續(xù)素因子所囊括,這與本原解方程性質(zhì)矛盾,要么與可表偶數(shù)中的所有素因子完全重合,沒有例外性,故解集a、b與解集c若互域則同素是假命題。把新增素?cái)?shù)設(shè)置在c中也一樣,同理可證明,c-Πpi 、Πpi 無法互素,也就是a、b無法互素。a中的素因子在b中的連續(xù)素因子中,且a、b不能獲得所有的奇素?cái)?shù)。這與條件要求矛盾,故左右互域時(shí),c為素?cái)?shù)因子空集。
故方程若左右互域則左右互素是真命題。這就導(dǎo)致了例外偶數(shù)是空集,哥猜得證。
例外偶數(shù)是可表偶數(shù)的補(bǔ)集,通常理解為彼此獨(dú)立,其反直覺的是,它還必須是可表偶數(shù)的數(shù)乘,它還必須滿足可表偶數(shù)的二元加法運(yùn)算,正是因?yàn)樵谶@一點(diǎn)上有主和次的緊密牽扯,不等量分割才給萬物之間留下了秩序關(guān)聯(lián)。
另外,筆者還通過其它角度對哥德巴赫猜想完成了更精準(zhǔn)的證明。
“三元方程互異解集基底互素”命題:在三元方程中存在同構(gòu)型、同態(tài)型、互素型三類解集關(guān)系。
“同構(gòu)型”三元方程解集基底互素定理(1):在 a+b=c 的本原解三元方程中,如果a解集與b解集互異但素因子同構(gòu)(非素因子全集),那么第二對a與c和第三對b與c解集互異必基底互素。
“同態(tài)型”三元方程解集基底互素定理(2):在 a+b=c 的本原解三元方程中,如果a解集與b解集素因子同態(tài),且第二對a與c解集同態(tài),則第三對b與c解集互異必基底互素。
“互素型”三元方程解集基底互素定理(3):在 a+b=c 的本原解三元方程中,如果a與b解集彼此有不共素因子,且b與a解集彼此有不共素因子,那么第三對b與c解集互異必基底互素或因子同構(gòu)。
通過以上分析,可嚴(yán)格地得到哥猜證明。根據(jù)三元方程解集性質(zhì),可判定(Uai,Uci)非基底互素的假設(shè)是不真的。故c中增添新素因子是每個(gè)a和b的基底素因子補(bǔ)元不斷篩查所剩的交集。根據(jù)定義,2m與c是互異集,方程兩邊約掉2,{m}∩{c/2}=?)。在此前提下,就會(huì)導(dǎo)出偶數(shù)分割方程的一個(gè)重要性質(zhì)。2m+2=c,2m為可表偶數(shù),見后文定義并證明可表偶數(shù)蘊(yùn)含所有素因子。這里預(yù)告下證明思路,再完成一個(gè)可表偶數(shù)蘊(yùn)含所有素因子的引理證明,哥猜即獲證(詳細(xì)證明見學(xué)術(shù)論文)。
3.哥德巴赫猜想的延伸意義
數(shù)學(xué)的魅力在于它能給人帶來思想的自由。數(shù)學(xué)的本質(zhì)是自由,這是康托爾說的話。假如一個(gè)問題的解決不能帶來一系列同類問題的解決,我們就不會(huì)為一個(gè)孤證而搜腸刮肚;假如一個(gè)問題的解決絲毫不能引起人類的審美愉悅,我們就不會(huì)繼續(xù)探索;假如這個(gè)問題對我們探索未知世界毫無幫助,我們就會(huì)認(rèn)為它沒有價(jià)值;假如這件事情不能喚醒良知和志向以及希望,就無法驗(yàn)證。假如這件事情不能給個(gè)人幸福追求帶來能量,就不值得依靠。數(shù)學(xué)的無用,只因它超級有用,如果是真的無用,早已棄之如敝履。
如果一個(gè)猜想僅僅是個(gè)會(huì)下金蛋的母雞,專刺激數(shù)學(xué)新工具的產(chǎn)生,本身命題沒有多大意義,那么這個(gè)猜想也不會(huì)有多大的挑戰(zhàn)性。好的數(shù)學(xué)猜想,一定是一個(gè)通往新領(lǐng)域的橋梁,只有把猜想變成了定理了,才能暢通無阻地進(jìn)入新領(lǐng)域開拓。哥猜問題的解決可以多米諾骨牌式地解決一大堆丟潘圖數(shù)論問題。
哥猜獲證絕非孤證,尤其是互素型哥猜,它可證明系列數(shù)論猜想.因?yàn)榕紨?shù)的相鄰差值為2,故可得到齋藤猜想的推論:(p1-p3)-(p4-p2)=2有匹配的無窮組。我們還可以證明存在無窮組素?cái)?shù)其間隔差為定值2w,用反證法來證明。如果間隔差可列的每類素?cái)?shù)對都是有限組的,那么差值2,差值4,差值6,……差值2k的素?cái)?shù)對將在某個(gè)定值后不再出現(xiàn),這就意味著充分大后繼素?cái)?shù)將分布在無窮大之外,也就是說超大素?cái)?shù)是不存在的,這同歐幾里德已證明素?cái)?shù)有無窮個(gè)相矛盾。故“間隔差可列的每類素?cái)?shù)對都是有限組的”這個(gè)命題是不真的,因此必有差值為某一定值的素?cái)?shù)對是擁有無限組的,這個(gè)定值可取2w。
根據(jù)2n=p-q的推論,必有(p1-p3)-(p4-p2)=2(從相鄰偶數(shù)關(guān)系推理而來),現(xiàn)已知(p1-p3)=2w擁有無窮組,那么與之匹配的間隔差值的差值等于2的素?cái)?shù)對(p4-p2)就一定也擁有無窮組,否則就不能產(chǎn)生無窮無漏的后繼偶數(shù)。由此可得(p4-p2)=2w-2也必有無窮組,將這個(gè)運(yùn)算迭代運(yùn)行下去,必將得到(p4-p2)=2有無窮組。于是孿生素?cái)?shù)猜想獲證。以上也同時(shí)證明了2n中所有定值2w作為素?cái)?shù)間隔的素?cái)?shù)對都各有無窮組,而這正是波利尼亞克猜想。
即根據(jù)齋藤猜想獲證,孿生素?cái)?shù)猜想和波利尼亞克猜想皆相應(yīng)成立。當(dāng)然它還可以證明更多的數(shù)論猜想,作者將另文闡述。比如隨著哥德巴赫猜想、齋藤猜想,孿生素?cái)?shù)猜想、波利尼亞克猜想的破解,abc猜想會(huì)迎刃而解,黎曼假設(shè)也就找到了可以解結(jié)的線頭。而黎曼假設(shè)則有上千個(gè)推論等著黎曼假設(shè)成立而成立,否則會(huì)全部垮塌。可見哥猜成立的意義有多么重要。
還記得核函數(shù)核空間嗎?對,就是那個(gè)支持向量機(jī),它可是人工智能里最重要的底層數(shù)學(xué)思想,多項(xiàng)式的線性變換,都可以找到單值量的數(shù)乘來對應(yīng)表示,核函數(shù)還沒有將數(shù)學(xué)的底層思想講透,而深入到素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系中的哥猜,可以進(jìn)一步將核函數(shù)的秘密挖掘得更深,將為人工智能探索到更深刻的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。本文證明的關(guān)鍵是,在偶數(shù)不等量分割方程中,三元方程的通解和簡單本原解之間存在著同構(gòu)映射關(guān)聯(lián)。而例外偶數(shù)根據(jù)定義,不存在簡單本原解,故例外偶數(shù)方程的通解解集為空集。因?yàn)榉才紨?shù)皆能不等量二元分割,而最后定有以素?cái)?shù)基礎(chǔ)解系為解集的簡單本原解,簡單本原解為空集,則通解就為空集,例外偶數(shù)為空集的秘密原來在此。
哥德巴赫猜想發(fā)現(xiàn)了一個(gè)趨于簡潔的優(yōu)美世界,是通往最優(yōu)化選擇的橋梁,人們持久地愛好它,是因?yàn)槿绻麤]有這種簡單,人們就會(huì)喪失對更深刻問題的信念——因?yàn)閺?fù)雜是來自對簡單的有序理解。假如哥德巴赫猜想是錯(cuò)誤的,它將限制我們的觀察能力。使我們難以跨越一些問題并無法欣賞。一個(gè)問題把它無序的一面強(qiáng)加給我們的內(nèi)心生活,就會(huì)使我們的感受趨向丑陋,引起自卑和傷感。如果復(fù)雜世界不能連接簡單,人類的孤獨(dú)就會(huì)變成絕望。
素?cái)?shù)具有一種神秘的氣質(zhì),素?cái)?shù)給人們一種永不妥協(xié)的自我超越色彩,有一種神圣不可侵犯的孤獨(dú)和高貴。當(dāng)哥德巴赫猜想變成定理,我們可以看到上帝的大智大慧,上天的巧妙安排,乘法是加法的重疊,而哥德巴赫猜想?yún)s用加法將乘性概括。在這隱晦的命題之中有著深?yuàn)W的知識(shí)。它改變了人們對數(shù)的看法:原來加法也可以篩選素?cái)?shù),它找到了大數(shù)分解和大數(shù)分割殊途同歸的路徑,乘法的輪郭憑直觀就可以從加法那里一目了然。哥德巴赫猜想體現(xiàn)了一種探索機(jī)能,加法和乘法都是數(shù)量的堆積,但乘法是對加法的平等性延伸,加法對乘性的控制卻體現(xiàn)了兩種不同的要求,那是一種次地性延伸。前者通過感受空間可以理解,后者則要求領(lǐng)悟時(shí)間而獲得靈感。它似乎同人性和哲學(xué)以及宗教更近些。
激動(dòng)人心的東西總是出人意料的,它即是直覺的,又是反直覺的。常識(shí)以為偶數(shù)的范圍更廣,兩奇素?cái)?shù)相加的范圍窄,事實(shí)上,兩奇素?cái)?shù)相加所能獲得的數(shù)的區(qū)分性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是偶數(shù)所能比擬的。哥猜的世界能讓我們一次又一次地吃驚。
據(jù)數(shù)感反應(yīng)特別敏銳的人描述,素?cái)?shù)在直覺冥想中光感強(qiáng)烈,被稱之為是君子數(shù),是整數(shù)中的貴族。有一種質(zhì)數(shù)禪,就以17年這一質(zhì)數(shù)周期來選擇繁殖年,據(jù)說這樣可以躲過天敵。素?cái)?shù)充滿了玄妙,它能把復(fù)雜的事物說得簡單明了,也能把簡單明了的事物變得復(fù)雜。前者靠直覺和洞察,后者靠聯(lián)想和推理。素?cái)?shù)是性感的,是嫵媚的女王,素?cái)?shù)是剛強(qiáng)的,是振臂一呼的將軍。對哥德巴赫猜想的探究是因?yàn)樗苯由婕暗剿財(cái)?shù)的性質(zhì),對素?cái)?shù)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是因?yàn)檫@個(gè)意義深遠(yuǎn),尤其是互素性的哥德巴赫猜想,遠(yuǎn)比歐拉型的哥德巴赫猜想深刻的多,素?cái)?shù)的2倍都可以用素?cái)?shù)自己加自己獲得,模糊了通過偶數(shù)挖掘素?cái)?shù)的線索,而互素型哥猜,顯然難度加大,然而它的用處極大,它為尋找后繼素?cái)?shù)提供了可能。就目前來說,基本能將新增素?cái)?shù)控制在三級后繼素?cái)?shù)的范圍里,素?cái)?shù)構(gòu)造方程對尋找新增素?cái)?shù)將會(huì)越來越有效。素?cái)?shù)是涉及它物的(其他命題的),超越自身的,向外傳遞的,有超越自我的意義,是一種持續(xù)不斷的命題產(chǎn)生的源泉。由此推出哥德巴赫猜想的更深遠(yuǎn)意義。以往的數(shù)學(xué)家,研究一個(gè)數(shù)學(xué)對象,喜歡先研究有關(guān)它的普遍公式,然后才能確定該對象的數(shù)學(xué)位置。
而完成哥猜的證明,是一個(gè)分水嶺,因?yàn)樗財(cái)?shù)這個(gè)具有生命靈性的對象,同以往的所有的數(shù)學(xué)對象都不同,它不可能用有限的多項(xiàng)式完成一勞永逸的表達(dá),于是它就不可能有相應(yīng)的普遍通項(xiàng)公式;但不能因?yàn)榇?,人類就不能用思想捕捉到它的本質(zhì)。素?cái)?shù)構(gòu)造方程仍然是存在的,它是一個(gè)可持續(xù)的迭代遞歸函數(shù),通過它我們可以捕捉到后繼素?cái)?shù)。用普遍通項(xiàng)公式抓住事物本質(zhì)的數(shù)學(xué)時(shí)代已經(jīng)過去了,用持續(xù)迭代遞歸公式抓住事物本質(zhì)的數(shù)學(xué)時(shí)代來臨。普世性讓位傳世性的哲學(xué)思想將開始沖撞我們的認(rèn)知。最后感慨之余賦詩一首:“數(shù)星數(shù)月數(shù)盡沙,思古思今思念它。哥猜確已被破解,不信可去問歐拉”。
2017.1.18 于深圳原稿
2023.6.12 于深圳修改
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