В последние десятилетия много говорится о компьютерных доказательствах (computer proofs, computer aided proofs, computer verified proofs и т. д.). Совершенно очевидно, что в еще большей степени появление и распространение компьютеров изменило приложения математики. О чем, однако, говорится гораздо меньше, это о том, как компьютеры изменили саму математику, отношение математиков к математической реальности, как возможности ее непосредственно наблюдать, так и понимание того, что вообще мы можем надеяться доказать. Я рассказываю о своем собственном опыте использования компьютеров как инструмента и об опыте использования компьютеров в работах моих коллег, которые я наблюдал с близкого расстояния. Этот опыт радикально изменил мои взгляды на многие аспекты функционирования математики, в частности на ее преподавание. Первая часть носит общий мемуарно-философский характер, следующие посвящены нескольким важным конкретным продвижениям, полученным с помощью компьютеров в алгебре и теории чисел. С. 5-26.
In the last decades there was much ado about computer proofs, computer aided proofs, computer verified proofs, etc. It is obvious that the advent and proliferation of computers have drastically changed {it applications/} of mathematics. What one discusses much less, however, is how computers changed {it mathematics itself/}, and mathematicians’ stance in regard of mathematical reality, both as far as the possibilities to immediately observe it, and the apprehension of what we can hope to prove. I am recounting my personal experience of using computers as a mathematical tool, and the experience of such similar use in the works of my colleagues that I could observe at close range. This experience has radically changed my perception of many aspects of mathematics, how it functions, and especially, how it should be taught. This first introductory part consists mostly of reminiscences and some philosophical observations. Further parts describe several specific important advances in algebra and number theory, that would had been impossible without computers.
Ключевые слова: математика, компьютеры, TeX, Mathematica, математическое образование.
Keywords: mathematics, computers, TeX, Mathematica, mathematics education
В этой части я обсуждаю роль компьютера в современных исследованиях по аддитивной теории чисел, в первую очередь по классической проблеме Варинга. В своей исходной формулировке XVIII века эта проблема состоит в нахождении для каждого натурального k минимального s=g(k) такого, что все натуральные числа n могут быть представлены как суммы k-х степеней неотрицательных целых чисел n=x1k+...+xsk в количестве s штук. В XIX веке был поставлен вопрос о поиске минимального s=G(k) такого, что почти все n могут быть представлены в таком виде. В XX веке эта проблема была далее уточнена до вопроса нахождения G(k) и точного списка исключений. Однако даже решение проблемы Варинга в исходной формулировке было [почти] завершено только в 1984 году при самом непосредственном использовании компьютеров. В настоящей статье задокументирована история этой классической задачи и ее решения, а также обсуждаются возможности использования этого материала в образовании и дальнейшие связанные с этим вопросы. С. 5-55.
In this part I discuss the role of computers in the current research on the additive number theory, in particular in the solution of the classical Waring problem. In its original XVIII century form this problem consisted in finding for each natural k the smallest such s=g(k) that all natural numbers n can be written as sums of s non-negative k-th powers, n=x1k+...+xsk. In the XIX century the problem was modified as the quest of finding such minimal s=G(k) that almost all n can be expressed in this form. In the XX century this problem was further specified, as for finding such G(k) and the precise list of exceptions. The XIX century problem is still unsolved even or cubes. However, even the solution of the original Waring problem was [almost] finalised only in 1984, with heavy use of computers. In the present paper we document the history of this classical problem itself and its solution, as also discuss possibilities of using this and surrounding material in education, and some further related aspects.
Ключевые слова: суммы степеней, проблема Варинга, суммы квадратов, суммы кубов, суммы биквадратов, полиномиальная компьютерная алгебра, тождества Гильберта, круговой метод, метод подъема.
Keywords: sums of powers, Waring problem, sums of squares, sums of cubes, sums of biquadrates, polynomial computer algebra, Hilbert identities, circle method, Dickson's ascent
В этой части я продолжаю обсуждать роль компьютера в современных исследованиях по аддитивной теории чисел. Здесь будет рассказано об окончательномрешении тернарной = нечетной проблемы Гольбаха не в асимптотических переформулировках XX века, а в исходной формулировке XVIII века. Речь идет об утверждении, что каждое нечетное натуральное число n > 5 можно представить как сумму n = p1 + p2 + p3 трех натуральных простых. Решение этой проблемы было завершено только Харальдом Хельфготтом в 2013—2014 годах и не могло бы быть получено без использования компьютеров. В настоящей статье задокументирована история этой классической задачи и ее решения, в частности, указывается на огромное количество имеющихся в литературе исторических ошибок. Кроме того, обсуждаются статус бинарной = четной проблемы Гольдбаха, частичные результаты в направлении ее решения и некоторые близкие задачи. С. 5-71.
In this part I pursue the discussion of the role of computers in additive number theroy. Here I sketch the definitive solution of the ternary = odd Goldbach problem, not in one of its XX century asymptotric reformulations, but in its it original XVII century form. Namely, that it every odd number n > 5 is a sum n = p1 + p2 + p3 of three positive rational primes. A solution of this problem was only completed by Harald Helfgott in 2013—2014 and there is no chance that it could be obtained without the use of computers. Apart from that, I discuss the status of the binary = even Goldbach problem, partial results towards its solution, as well as some further related proiblems.
Ключевые слова: проблема Гольдбаха, метод Бруна—Шнирельмана, константа Шнирельмана, метод Харди—Литтлвуда—Виноградова
Keywords: Ternary Goldbach problem, binary Goldbach problem, Brun—Schnirelmann method, Schnirelmann constant, Hardy—Litllewood—Vinogradov method.
Нигде в математике прогресс, связанный с возникновением компьютеров, не является столь зримым, как в аддитивной теории чисел. В этой части будет рассказано о~роли компьютеров в исследованиях поведения древнейшей функции, суммы делителей, свойства которой пифагорейцы начали систематически изучать больше 2500 лет назад. Описание траекторий этой функции - совершенные числа, дружественные числа, общительные числа, and the like - составляет содержание некольких поставленных два-три тысячелетия назад задач, которые не решены до сих пор. Теорема Эвклида-Эйлера сводит описание четных совершенных чисел к простым числам Мерсенна. После 1914 года ни одно новое простое число Мерсенна не было открыто вручную, с 1952 года все они открыты при помощи компьютеров. При помощи компьютеров сегодня каждый день строится в сотни и тысячи раз больше новых пар дружественных чисел, чем было до этого открыто вручную за несколько тысячелетий. В конце статьи обсуждается гипотеза Каталана-Диксона. С. 5-58.
Nowhere in mathematics is the progress resulting from the advent of computers is as apparent, as in the additive number theory. In this part, we describe the role of computers in the investigation of the oldest function studied in mathematics, the divisor sum. The disciples of Pythagoras started to systematically explore its behaviour more that 2500 years ago. A description of the trajectories of this function --- perfect numbers, amicable numbers, sociable numbers, and the like --- constitute the contents of several problems stated over 2500 years ago, which still seem completely inaccessible. A theorem due to Euclid and Euler reduces classification of it even perfect numbers to Mersenne primes. After 1914 not a single new Mersenne prime was ever produced manually, since 1952 all of them have been discovered by computers. Using computers, now we construct hundreds or thousands times more new amicable pairs it daily, than what was constructed by humans over several millenia. At the end of the paper, we discuss yet another problem posed by Catalan and Dickson.
Ключевые слова: простые Мерсенна, суммы делителей, совершенные числа, дружественные числа, общительные числа, аликвотные последовательности, гипотеза Каталана-Мерсенна, гипотеза Каталана-Диксона, гипотеза Гая-Селфриджа.
Keywords: Mersenne primes, divisor sums, суммы делителей, perfect numbers, amicable numbers, sociable numbers, aliquot sequences, Catalan-Mersenne conjecture, Catalan-Dickson conjecture, Guy-Selfridge conjecture.
В этой статье продолжается обсуждение роли компьютера в современных исследованиях по аддитивной теории чисел, в первую очередь по легкой проблеме Варинга. Эта проблема состоит в нахождении для каждого натурального k минимального s =v(k) такого, что все натуральные числа n могут быть представлены как суммы k-х степеней целых чисел n = ± x1k ± ... ± xsk в количестве s штук со знаками. Как оказалось, эта задача намного сложнее исходной проблемы Варинга и теснейшим образом связана с несколькими другими задачами арифметической и диофантовой геометрии. В статье обсуждаются различные аспекты этой классической задачи и нескольких близких проблем — рациональной проблемы Варинга, проблемы Варинга для конечных полей, проблемы Варинга для других числовых колец, проблемы Варинга для многочленов, с особым акцентом на связь с полиномиальными тождествами и роль компьютеров. К настоящему времени решение этих проблем близко не завершено и предоставляет широчайшие возможности для использования этого материала в образовании и самостоятельного эксперимента, в том числе на уровне бытовых компьютеров.
С. 5-63.
In this part I continue the discussion of the role of computers in the current research on the additive number theory, in particular in the solution of the easier Waring problem. This problem consists in finding for each natural k the smallest such s =v(k) that all natural numbers n can be written as sums of s integer k-th powers n = ± x1k ± ... ± xsk with signs. This problem turned out to be much harder than the original Waring problem. It is intimately related with many other problems of arithmetic and diophantine geometry. In this part I discuss various aspects of this problem, and several further related problems, such as the rational Waring problem, and Waring problems for finite fields, other number rings, and polynomials, with special emphasys on connection with polynomial identities and the role of computers in their solution. As of today, these problems are quite far from being fully solved, and provide extremely broad terrain both for the use in education, and amateur computer assisted exploration.
Ключевые слова: суммы степеней со знаками, легкая проблема Варинга, суммы кубов, рациональная проблема Варинга, тождества типа Фролова, проблема Варинга для числовых полей, проблема Варинга для многочленов, полиномиальная компьютерная алгебра.
Keywords: sums of powers with signs, easier Waring problem, sums of cubes, rational Waring problem, Frolov type identities, Waring problem for number fields, Waring problem for polynomials, polynomial computer algebra.
В этой части, составляющей пандан к части, посвященной числам Мерсенна, я продолжаю обсуждать фантастический прогресс в решении классических задач теории чисел, достигнутый в последние десятилетия с использованием компьютеров. Здесь будет рассказано о проверке простоты, факторизациях и поиске простых делителей чисел специального вида, в первую очередь, чисел Ферма, их друзей и родственников, таких как обобщенные числа Ферма, простые Прота и т. д. Кроме того, мы детально обсудим роль чисел Ферма и чисел Пирпойнта в циклотомии. С. 5–67.
In this part, which constitutes a pendent to the part dedicated to Mersenne numbers, I continue to discuss the fantastic contributions towards the solution o classical problems of number theory achieved over the last decades with the use of computers. Specifically, I address primality testing, factorisations and the search of prime divisors of the numbers of certain special form, primarily Fermat numbers, their friends and relations, such as generalised Fermat numbers, Proth numbers, and the like. Furthermore, we discuss the role of Fermat primes and Pierpoint primes in cyclotomy.
Ключевые слова: числа Ферма, обобщенные числа Ферма, числа Прота, числа Пирпойнта, циклотомия.
Keywords: Fermat numbers, generalised Fermat numbers, Proth numbers, Pierpoint numbers, cyclotomy.