Ενδέκατο πρόβλημα του Χίλμπερτ

Το ενδέκατο πρόβλημα του Χίλμπερτ είναι ένα από τα ανοικτά μαθηματικά προβλήματα που έθεσε ο Ντέιβιντ Χίλμπερτ στο Δεύτερο Διεθνές Συνέδριο Μαθηματικών στο Παρίσι το 1900. Μια προώθηση της θεωρίας των τετραγωνικών μορφών, ανέφερε το πρόβλημα ως εξής:

Η παρούσα γνώση μας για τη θεωρία των τετραγωνικών αριθμητικών σωμάτων μας δίνει τη δυνατότητα να επιτεθούμε με επιτυχία στη θεωρία των τετραγωνικών μορφών με οποιοδήποτε αριθμό μεταβλητών και με οποιουσδήποτε αλγεβρικούς αριθμητικούς συντελεστές. Ειδικότερα, αυτό οδηγεί στο εξής ενδιαφέρον πρόβλημα: να λυθεί μια εξίσωση δευτέρου βαθμού με αλγεβρικούς αριθμητικούς συντελεστές σε οποιονδήποτε αριθμό μεταβλητών χρησιμοποιώντας ακέραιους ή κλασματικούς αριθμούς που ανήκουν στην αλγεβρική σφαίρα της ρητότητας που καθορίζεται από τους συντελεστές[1].

Επεξεργασία του προβλήματος

Επεξεργασία

Όπως δήλωσε ο Καπλάνσκι, «Το 11ο Πρόβλημα είναι απλά το εξής: την ταξινόμηση τετραγωνικών μορφών σε αλγεβρικά αριθμητικά σώματα». Αυτό ακριβώς έκανε ο Μινκόφσκι για την τετραγωνική μορφή με κλασματικούς συντελεστές. Μια τετραγωνική μορφή (όχι τετραγωνική εξίσωση) είναι οποιοδήποτε πολυώνυμο στο οποίο κάθε όρος έχει μεταβλητές που εμφανίζονται ακριβώς δύο φορές. Η γενική μορφή μιας τέτοιας εξίσωσης είναι ax2 + bxy + cy2. (όλοι οι συντελεστές πρέπει να είναι ακέραιοι αριθμοί).

Μια δεδομένη τετραγωνική μορφή λέγεται ότι αντιπροσωπεύει έναν φυσικό αριθμό εάν η αντικατάσταση των μεταβλητών με συγκεκριμένους αριθμούς δίνει τον αριθμό. Ο Γκάους και όσοι τον ακολούθησαν διαπίστωσαν ότι αν αλλάξουμε τις μεταβλητές με ορισμένους τρόπους, η νέα τετραγωνική μορφή αναπαριστούσε τους ίδιους φυσικούς αριθμούς με την παλιά, αλλά σε διαφορετική, πιο εύκολα ερμηνεύσιμη μορφή. Χρησιμοποίησε αυτή τη θεωρία των ισοδύναμων τετραγωνικών μορφών για να αποδείξει αποτελέσματα της θεωρίας των αριθμών. Ο Λαγκράνζ, παραδείγματος χάριν, έδειξε ότι οποιοσδήποτε φυσικός αριθμός μπορεί να εκφραστεί ως άθροισμα τεσσάρων τετραγώνων. Ο Γκάους το απέδειξε αυτό χρησιμοποιώντας τη θεωρία του για τις σχέσεις ισοδυναμίας[2], δείχνοντας ότι η τετραγωνική   αναπαριστά όλους τους φυσικούς αριθμούς. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο Μινκόφσκι δημιούργησε και απέδειξε μια παρόμοια θεωρία για τετραγωνικές μορφές που είχαν κλάσματα ως συντελεστές. Το ενδέκατο πρόβλημα του Χίλμπερτ απαιτεί μια παρόμοια θεωρία. Με άλλα λόγια, έναν τρόπο ταξινόμησης του κατά πόσον μια μορφή είναι ισοδύναμη με μια άλλη, αλλά στην περίπτωση όπου οι συντελεστές μπορεί να είναι αλγεβρικοί αριθμοί. Ο Χέλμουτ Χάσε το πέτυχε αυτό τον Οκτώβριο του 1920 σε μια απόδειξη που χρησιμοποιεί την αρχή "local-global" και το γεγονός ότι η θεωρία είναι σχετικά απλή για τα p-adic συστήματα[3]. Δημοσίευσε την εργασία του το 1923 και το 1924. Βλέπε αρχή Χάσε, θεώρημα Χάσε-Μινκόφσκι[4][5]. Η "local-global" (Τοπική - Καθολική) αρχή[6] δηλώνει ότι ένα γενικό αποτέλεσμα που αφορά έναν ρητό αριθμό ή ακόμη και όλους τους ρητούς αριθμούς μπορεί συχνά να τεκμηριωθεί ελέγχοντας ότι το αποτέλεσμα είναι αληθές για κάθε σύστημα p-adic αριθμών.

Υπάρχει επίσης πιο πρόσφατη εργασία σχετικά με το ενδέκατο πρόβλημα του Χίλμπερτ που μελετά πότε ένας ακέραιος μπορεί να αναπαρασταθεί από μια τετραγωνική μορφή. Ένα παράδειγμα είναι η εργασία των Kογκντέλ, Πιατέτσκι-Σαπίρο και Σάρνακ[7] .

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Επεξεργασία

Δείτε επίσης

Επεξεργασία

Βιβλιογραφία

Επεξεργασία

Παραπομπές

Επεξεργασία
  1. David Hilbert, «Mathematical Problems».  Bulletin of the American Mathematical Society, vol. 8, no. 10 (1902), pp. 437-479. Earlier publications (in the original German) appeared in Göttinger Nachrichten, 1900, pp. 253–297, and Archiv der Mathematik und Physik, 3rd series, vol. 1 (1901), pp. 44–63, 213–237.
  2. Yandell, Ben (2002). The Honors Class : Hilbert's problems and their solvers. Natick, Mass.: A.K. Peters. σελίδες 245–255. ISBN 1-56881-141-1. OCLC 47644376. 
  3. Albeverio, S.; Khrennikov, A.; Tirozzi, B.; De Smedt, S. (1998-03-01). «p-adic dynamic systems» (στα αγγλικά). Theoretical and Mathematical Physics 114 (3): 276–287. doi:10.1007/BF02575441. ISSN 1573-9333. https://link.springer.com/article/10.1007/BF02575441. 
  4. «The Hasse-Minkowski Theorem» (PDF). 
  5. Maclachlan, Colin· Reid, Alan W. (17 Απριλίου 2013). The Arithmetic of Hyperbolic 3-Manifolds. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4757-6720-9. 
  6. «local-global principle in nLab». ncatlab.org. Ανακτήθηκε στις 13 Δεκεμβρίου 2024. 
  7. Cogdell, James W. (2003). «On sums of three squares». Journal de Théorie des Nombres 15: 33-44. https://jtnb.centre-mersenne.org/article/JTNB_2003__15_1_33_0.pdf.