数论人生

数论是一门学科,也是我的人生。有人把酒论英雄,我用数字描天下。
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科学=方程+方程+方程

(2021-09-21 09:11:52) 下一个

数学家们的工作是解方程;物理学家的工作是列方程,而化学家则是亲眼验证方程。列方程相对来说简单:随心所欲杜撰一些等式即可,不管有无根据或意义;再叫化学家或者实验物理学家去与观察结果对照一下,看看是否吻合。观测不到的东西,就说方程错了,需要增减几项;或者仪器不精确,需要改进。

根据物质守恒列出的流量方程,终归得解出来,才能知道那物质长什么样、藏在哪里,所以数学家们必须要在没有仪器的情况下,把那方程解出来。困难的是,用什么形式来表示那物质,还得问:那表示可以一般化吗?可不可由计算机执行?我能不能尝尝它是什么味道的?

任何有形的东西,人类是生不带来,去不带走的;只能留下一堆无形的式子。但一个人如果能够写出一个正确的关系式,那他的一世便功德无量了。杨振宁先生说过,任何方程都是有用的。你可以写下任何方程式;可在数学上,无解或者其解的表示为发散的,那是没有用的。离散的和式最终得化为收敛的单重级数,最好是有限的、能够用初等函数表示出来的式子;连续的和式须得表示为收敛的单重积分,最好是有限区域上的、能够用初等函数表示出来的有限重积分。如此方可称为可计算的。

最简单的有限式子是含有一个变量的多项式,它的根或者零点却是复杂得难以想像。两个项还好,其根可以用一个根式表出。三个项或者以上的,我们只能解到四次方程;有的五次方程的解就不能用有限重的根式表示了:这就是所谓的Galois理论。在1858年,法国数学家Charles Hermite 把五次方程的解用椭圆函数表示出来了。

代数基本定理说,任何n次多项式都有n个根。但它们的具体表示如何,就看我的了。肯定可以用收敛的复级数表示的。在复变函数中,一个幂级数的根就是其倒数的极点。根据根与系数的关系,我们只要解一组无穷多个变量的方程组即可。我借用微分方程和线性代数中的特征值,就可以把可数方程的可数个根表示出来了;比如,黎曼Zeta函数的根都可以表出。这就解决了黎曼猜想。

对于连续的、可以积分表示的函数,如果可以化为单变量的有限重级数,其根的求解依然可以如上所述进行。对于有限个变量的方程组,我们需要与变量个数相同的方程数。如果每个方程只有有限项,那么辗转降次法可以将它们解出;如果有的方程是无穷级数,就要用到特征值方法了。而且,解的形式要用不可数的连续和来表示。

总之,任何方程都是可解的。致于能不能机械化表示,就得讨教于计算机科学家了。

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