世界上最难的数学题 世界十大数学难题 - 飞外网

  在人类的历史发展和社会生活中,数学发挥着不可替代的作用,同时它也是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。而在漫长的岁月里,有十个数学难题始终如数学王冠上的明珠,又如数学宫殿的高墙,对人类既有着无穷的吸引力,又总是令人类百思不解,折磨着人类的求知欲和好奇心,挑战着人类的智慧。那么今天的民族文化就为你介绍,那些世界上最难的数学题。(部分图文无关)

  NP完全问题(NP-C问题)

  NP完全问题(NP-C问题),是世界七大数学难题之一。NP的英文全称是Non-deterministic Polynomial的问题,即多项式复杂程度的非确定性问题。简单的写法是NP=P?,问题就在这个问号上,到底是NP等于P,还是NP不等于P。

  NP就是Non-deterministic Polynomial的问题,也即是多项式复杂程度的非确定性问题。而如果任何一个NP问题都能通过一个多项式时间算法转换为某个NP问题,那么这个NP问题就称为NP完全问题(Non-deterministic Polynomialcompleteproblem)。NP完全问题也叫做NPC问题。

  有些计算问题是确定性的,比如加减乘除之类,你只要按照公式推导,按部就班一步步来,就可以得到结果。但是,有些问题是无法按部就班直接地计算出来的。例如寻找大质数的问题。有没有一个公式,一旦套入公式,就可以一步步推算出来,下一个质数应该是多少呢?这样的公式是没有的。再例如,大的合数分解质因数的问题,有没有一个公式,把合数代入以后,就直接可以算出,它的因子各自是多少?也没有这样的公式。

  这种问题的答案,是无法直接计算得到的,只能通过间接的“猜算”来得到结果。这就是非确定性问题。而这些问题的通常有个算法,它不能直接告诉你答案是什么,但可以告诉你,某个可能的结果是正确的答案还是错误的。这个可以告诉你“猜算”的答案正确与否的算法,假如可以在多项式时间内算出来,就叫做多项式非确定性问题。而如果这个问题的所有可能答案,都是可以在多项式时间内进行正确与否的验算的话,就叫完全多项式非确定问题。

  完全多项式非确定性问题可以用穷举法得到答案,一个个检验下去,最终便能得到结果。但是这样算法的复杂程度,是指数关系,因此计算的时间随问题的复杂程度成指数的增长,很快便变得不可计算了。

  人们发现,所有的完全多项式非确定性问题,都可以转换为一类叫做满足性问题的逻辑运算问题。既然这类问题的所有可能答案,都可以在多项式时间内计算,人们于是就猜想,是否这类问题存在一个确定性算法,可以在多项式时间内直接算出或是搜寻出正确的答案呢?这就是着名的NP=P?的猜想。

  解决这个猜想,无非两种可能,一种是找到一个这样的算法,只要针对某个特定NP完全问题找到一个算法,所有这类问题都可以迎刃而解了,因为他们可以转化为同一个问题。另外的一种可能,就是这样的算法是不存在的。那么就要从数学理论上证明它为什么不存在。

  当今时代,在纯粹科学研究,通信、交通运输、工业设计和企事业管理部门,在社会军事、政治和商业的斗争中涌现出大量的NP问题。若按经典的纯粹数学家们所熟悉的穷举方法求解,则计算时间动辄达到天文数字,根本没有实用价值。

  也因此,在数学界中有许多有经验的人认为,对于这些问题,根本上就不存在完整、精确、而又不是太慢的求解算法。由此可见,NP=P?可能是这个世纪最重要的数学问题了。

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  费马大定理

  费马大定理,又被称为“费马最后的定理”,由17世纪法国数学家皮耶·德·费马提出。定理断言当整数n>2时,关于x,y,z的方程x^n+y^n=z^n没有正整数解。费马大定理提出后,曾经历多人猜想辩证,历经三百多年的历史,最终在1995年被英国数学家安德鲁·怀尔斯彻底证明。

  大约1637年左右,法国学者费马在阅读丢番图(Diophatus)《算术》拉丁文译本时,曾在第11卷第8命题旁写道:“将一个立方数分成两个立方数之和,或一个四次幂分成两个四次幂之和,或者一般地将一个高于二次的幂分成两个同次幂之和,这是不可能的。关于此,我确信已发现了一种美妙的证法,可惜这里空白的地方太小,写不下。”

  虽然费马本人说自己已经发现了证法,但他毕竟没有写下证明,而他的其它猜想对数学又贡献良多,由此激发了许多数学家对这一猜想的兴趣。数学家们的有关工作丰富了数论的内容,推动了数论的发展。

  大约在1850年前后,高斯的学生、德国数学家库默尔看到唯一因子分解是否成立是欧拉、热尔曼创立的企图证明费马大定理的方法关键,于是他创立了一种“理想数环”理论。

  据说这一思想也受其老师高斯启发,高斯表面上声称对费马大定理不感兴趣,实际上对n=7久思不解。学生库默尔运用独创的“理想素数”理论,一下子证明了100以内除37、59、67以外的所有奇数费马大定理都成立,使证明问题取得了第一次重大突破。

  库默尔之后近半个世纪,费马大定理证明都停滞不前,1908年,格丁根皇家科学协会公布沃尔夫斯凯尔奖:凡在2007年9月13日前解决费马大定理者,将获得10万马克奖励。这一奖项还有一个颇有些传奇意味的故事。

  可以说正是数学让沃尔夫斯凯尔先生重生,并在后来通过努力成为大富豪,1908年这位富豪死时,由此立下遗嘱,将自己一半的遗产捐赠设奖,一方面以谢救命之恩,一方面也希望问题得到解决。

  1986年,格哈德·弗赖提出,费马大定理的真实性将使谷山-志村猜想一经证明之后的直接结果并演算出一个椭圆方程,于是,英国数学家安德鲁·怀尔斯决定重新研究原来搁置的问题,并可以运用一些新的方法。经过7年的努力,怀尔斯完成了谷山-志村猜想的证明。作为一个结果,他在前人工作的基础上,终于证明了费马大定理。

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