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Importantes problemas abiertos que ya se han reducido a una cantidad de cálculo finita pero inviable

La mayoría de los problemas abiertos, cuando se formalizan, implican naturalmente la cuantificación sobre conjuntos infinitos, con lo que se obvia la posibilidad, incluso en principio, de "ponerlo en un ordenador".

Algunas cuestiones (por ejemplo, la existencia de un plano proyectivo de orden 12) se resuelven naturalmente tras un cálculo finito, pero no es factible.

Me gustaría tener ejemplos de problemas abiertos razonablemente importantes que ahora han sido reducido mediante argumentos no triviales, a cálculos finitos pero irrealizables.

Estoy seguro de que la teoría aditiva de los números da ejemplos (ciertas cuestiones en la línea de la conjetura de Goldbach y el problema de Waring, pero no tengo los detalles a mano). Me gustaría especialmente ver ejemplos que no parezcan originarse en la matemática discreta.

11voto

Kieran Hall Puntos 2143

Esto es una elaboración de un comentario sobre la respuesta de Suvrit.

Los números de Ramsey pueden definirse para ordinales (infinitos), igual que en el caso finito: $r(\alpha,\beta)$ es el menos $\gamma$ tal que para cualquier $2$ -de las aristas del grafo completo en $\gamma$ vértices hay un conjunto de vértices de tipo $\alpha$ cuyo grafo inducido es rojo, o un conjunto de vértices de tipo $\beta$ cuyo gráfico inducido es azul.

El teorema de Ramsey da que $r(\omega,\omega)=\omega$ , pero ya $r(\omega+1,\omega)=\omega_1$ . Por otro lado, si $\alpha\lt\omega_1$ y $n$ es finito, entonces $r(\alpha,n)\lt\omega_1$ y para valores infinitos razonablemente pequeños de $\alpha$ se puede intentar calcular $r(\alpha,n)$ explícitamente. Resulta que este cálculo se reduce a problemas finitos (teóricos de Ramsey) que, al igual que el cálculo clásico de los números de Ramsey finitos, se vuelven rápidamente inviables.

Por ejemplo:

  • $r(\omega+3,3)=\omega\cdot2 + 8$ . En general, si $0\lt n,m\lt\omega$ entonces $$ r(\omega+n,m)=\omega\cdot(m-1)+(g(n,m)-(m-1)), $$ donde $g(n,m)$ es el menos $k$ de manera que cualquier $2$ -coloración de las aristas del grafo completo sobre conjunto de vértices $\{1,\dots,k\}$ tal que el gráfico inducido en $C=\{1,\dots,m-1\}$ es azul, o admite un azul $K_m$ o un rojo $K_{n+1}$ con uno de sus vértices en $C$ .

Fue establecido por primera vez por Haddad y Sabbagh en 1969. Se ha $r(n+1,m)\le g(n,m)\lt\infty$ pero normalmente la primera desigualdad es estricta. Por ejemplo, $r(4,3)=9$ pero $g(3,3)=10$ . En general, la computación $g(n,m)$ es similar, pero más difícil de calcular $r(n+1,m)$ .

  • $r(\omega\cdot3,3)=\omega\cdot9$ . En general, si $0\lt n,m\lt\omega$ entonces $$ r(\omega\cdot n,m)=\omega\cdot l(n,m), $$ donde $l(n,m)$ es el menos $k$ de manera que cualquier $2$ -de las aristas del dígrafo completo en $k$ vértices contiene un dígrafo completo rojo en $n$ vértices, o un torneo transitivo azul en $m$ vértices.

Aquí, en los dígrafos completos tenemos dos flechas (que van en direcciones opuestas) entre dos vértices distintos cualesquiera. Esto fue demostrado por Erdős y Rado en 1955. Como en el caso de $g$ el cálculo de los valores de $l(n,m)$ rápidamente se vuelve inviable.

  • $r(\omega^2\cdot2,3)=\omega^2\cdot10$ . En general, si $0\lt n,m\lt\omega$ entonces $r(\omega^2\cdot m,n)=\omega^2\cdot h(m,n)$ para una función teórica de Ramsey $h$ relacionado con $3$ -colores de las aristas de los dígrafos, aunque su descripción exacta es algo técnica para incluirla aquí. Esto ha sido demostrado recientemente por Thilo Weinert, véase aquí .

6voto

Sur El juego de la vida de Conways , a _Jardín del Edén_ es un estado que no es la imagen de algún estado anterior. El jardín del edén más pequeño conocido es este , y los detalles se pueden encontrar aquí .

Se trata de una búsqueda informática directa con un límite superior explícito: $2^{10\times 10}$ estados necesita ser examinada, como mucho. El ejemplo más pequeño que se conoce se encontró buscando GoE con una simetría adicional, y es por tanto el GoE simétrico más pequeño (en cierto sentido)

5voto

terryk2 Puntos 81

Se cree que es más difícil calcular la permanente de un $n\times n$ que calcular el determinante de la matriz.

Sin embargo, incluso para $4\times 4$ matrices este problema parece estar lejos de su alcance - calcular el determinante de una $4\times 4$ requiere al menos 37 operaciones aritméticas, aunque ingenuamente requeriría evaluar alrededor de $10^{123}$ diferentes programas para demostrar que la permanente de un $4\times 4$ no puede calcularse en 37 o menos operaciones. Ver Aaronson's diapositivas de 2007.

(Sé que esto no se ajusta perfectamente a los deseos del PO, pero al menos es un problema abierto razonablemente importante fuera de la teoría de los números aditivos que es finito pero actualmente inviable).

3voto

terryk2 Puntos 81

A principios del siglo XXI, La conjetura de Catalán que $8$ y $9$ son las únicas potencias consecutivas no triviales se redujo a un problema finito pero intratable.

Por ejemplo, se sabía que para demostrar que

$$3^2-2^3=1$$

son las únicas soluciones integrales no triviales de

$$x^p-y^q=\pm 1$$

requiere comprobar un número finito de $p$ y $q$ 's con $\max(p,q)=8\times10^{16}$ .

Sin embargo, en 2002 Mihăilescu probado la conjetura en su totalidad.

Véase, por ejemplo Pueblo del bosque El artículo de la AMS, especialmente el § 4 titulado "¿Puede el problema ser resuelto por un ordenador?"

Aunque no es "abierto", creo que está en el espíritu de la pregunta.

2voto

Daryl Puntos 41

Informática Números de Ramsey o incluso más estrictos sobre ellos es quizás un ejemplo prototípico que se ajusta a la ley.

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