希爾伯特第八問題
希爾伯特第八問題是黎曼假說和“其他質(zhì)數(shù)問題”。黎曼假說(即關(guān)于ζ函數(shù)零點(diǎn)的分布的猜想):ζ 函數(shù)的所有非平凡零點(diǎn)的實(shí)數(shù)部分都是1/2?!捌渌|(zhì)數(shù)問題”的代表之一就是哥德巴赫猜想:任何一個(gè)大于 2的偶數(shù),都可表示成兩個(gè)質(zhì)數(shù)之和(數(shù)學(xué)圈里稱其為 1+1,就是說可表示成一個(gè)質(zhì)數(shù)加另一個(gè)質(zhì)數(shù))。
哥德巴赫猜想看上去真是很簡單,對任何一個(gè)比較小的偶數(shù),似乎都不難把它寫成兩個(gè)質(zhì)數(shù)之和。比如偶數(shù) 8 可表示成 3+5,3 和 5 是質(zhì)數(shù);又如偶數(shù) 12 可表示成 5+7,5 和 7 是質(zhì)數(shù)等等??梢C明對任何一個(gè)大于 2 的偶數(shù)都能成立,卻比登天還難。對哥德巴赫猜想以及和它連在一起的一個(gè)名字——陳景潤(一九三三——一九九六),很多人可能并不陌生。在文化大革命剛剛結(jié)束的一九七八年,陳景潤可以說是家喻戶曉的超級明星,這在很大程度上是拜名作家徐遲的一篇報(bào)告文學(xué)《哥德巴赫猜想》(《人民文學(xué)》一九七八年一月號)所賜。文章發(fā)表后,一時(shí)間“洛陽紙貴”,各大報(bào)刊爭相轉(zhuǎn)載。陳景潤成為科學(xué)與獻(xiàn)身的代名詞,至于他究竟在哥德巴赫猜想上證明的是什么反而成了次要問題。其實(shí)陳景潤的這項(xiàng)工作在一九六六年五月就已經(jīng)完成了,只是由于“文革”正好在那年開始,沒辦法拿出來發(fā)表。他所證明的是(陳氏定理):任何充分大的偶數(shù)都是一個(gè)質(zhì)數(shù)與一個(gè)自然數(shù)之和,而后者最多僅僅是兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積(即他證明了任何大偶數(shù)都可寫成一個(gè)質(zhì)數(shù)加不超過兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積,所以稱為1+2)。陳氏定理看上去離證明哥德巴赫猜想只有一步之遙,可這最后一道坎時(shí)至今日也沒人能跨得過去。
有人將哥德巴赫猜想比做數(shù)學(xué)皇冠上的一顆明珠,但與黎曼假說相比,它的重要性終究還是略遜一籌。這主要是因?yàn)棣坪瘮?shù)與質(zhì)數(shù)的分布緊密相關(guān),而質(zhì)數(shù)的分布不但在數(shù)論的研究中至關(guān)重要,在實(shí)際應(yīng)用上也意義重大。特別是在密碼的加密與解密方面,比如公開金鑰加密的RSA算法就是以大質(zhì)數(shù)為基礎(chǔ)的。
黎曼(G.F.B.Riemann,1826—1866)在數(shù)學(xué)史上占有極重要的地位,是黎曼幾何學(xué)創(chuàng)始人及復(fù)變函數(shù)論創(chuàng)始人之一,對數(shù)學(xué)分析、微分幾何和微分方程都有重要貢獻(xiàn)。黎曼自上小學(xué)開始就被視為數(shù)學(xué)天才,校長專門派了一位老師教他數(shù)學(xué)。但是很快老師就發(fā)現(xiàn),他從黎曼那兒學(xué)到的東西比他能教給黎曼的要多得多!在中學(xué)里,校長干脆讓黎曼到他的私人圖書室(那里有很多高深的數(shù)學(xué)專著)去自己找書看。有一次黎曼要求校長給他推薦一本難一點(diǎn)的書,為了試試?yán)杪臐摿?,校長建議他去讀勒讓德(A.Legendre)的八百五十九頁的巨著《數(shù)論》。一星期后,黎曼把書還了回來,校長問他書是否太難,他回答說,非常高興校長給了一本能讓他讀了一星期之久的書。兩年后,黎曼請求學(xué)校以勒讓德的《數(shù)論》作為他畢業(yè)考試的一部分。盡管兩年來他從未再摸過這本書,卻對所有的問題對答如流。毫無疑問,《數(shù)論》對黎曼具有很大影響,使他對研究質(zhì)數(shù)的分布產(chǎn)生了濃厚的興趣。
提出黎曼假說的論文發(fā)表于一八五九年。為了闡述和解釋這篇僅僅八頁長的論文,愛德華茲(H.M.Edwards)寫了一部三百頁的專著《黎曼的ζ函數(shù)》(一九七四)。黎曼斷言ζ函數(shù)的所有非平凡零點(diǎn)的實(shí)數(shù)部分都是1/2。到目前為止,所有已知的十五億個(gè)非平凡零點(diǎn)(絕大部分是用計(jì)算機(jī)得到的)全部都與黎曼的猜想相吻合。
希爾伯特在一九二○年的一次演講中說,他認(rèn)為演講廳里沒人能活到看見希爾伯特第七問題的解決,而他自己應(yīng)該能活著看到黎曼假說被證明,大廳里最年輕的人則可能看到費(fèi)爾馬大定理被證明。事實(shí)是,只有他對費(fèi)爾馬大定理的預(yù)言是大體正確的——它于一九九四年被證明。其余兩個(gè)問題則和他的預(yù)言正好相反,他活著看到了第七問題的解決,而黎曼假說時(shí)至今日還是沒能被證明。
希爾伯特第十三問題
一般的七次方程式 x7 + ax3 + bx2 + cx + 1 = 0 的七個(gè)解,是