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¿Qué es una jerarquización eficaz de teoremas matemáticos?

Matemáticos diferentes áreas de investigación evolucionado a partir de una amplia y diversa gama de preguntas. Muchos son de naturaleza física o vienen de informática/ciencias de la computación, algunos son de procedimiento o de problemas de optimización, y así sucesivamente. A menudo los patrones emergen y conducir a los estudios de resumen de las estructuras y de esta manera ampliar nuestro conocimiento de lo que se considera la matemática pura. A menudo, el contexto original se presenta despojado y, finalmente, en el proceso de generalización, anteriormente diferentes marcos puede ser visto bajo una nueva perspectiva. En algunas circunstancias la notación puede ser introducido y nuevos, y a veces la más elegante de las pruebas son descubiertos.

Si he de manera abstracta demostrado una declaración, decir, por ejemplo, en la categoría de teoría (como la Grothendieck–Hirzebruch–Riemann–Roch teorema), y luego elegir uno de los varios marcos, que satisface ciertos patrones estructurales, entonces puedo sacar conclusiones de la más abstracta y teorema del estado de nuevo como un lexema (como el clásico de Riemann-Roch teorema). Hay muchas declaraciones en diversos geométricas teorías (como la de Poisson, Simpléctica, Riemann o Euclidiana geometriy, la Mentira teoría del Grupo etc.), que puede ser visto como realmente justo el mismo teorema de bajo diferentes luces. Si puedo demostrar el teorema de Stokes, podría evitar la búsqueda individual de las pruebas para los diversos tipos de integral de teoremas. El núcleo de algunas de las declaraciones de de Rham cohomology ya se encuentra oculto en el más abstracto cohomology teorías con menos contexto específico. Mi pregunta es en última instancia de que se trate con tal de anidación y es una especie de un problema de optimización.

Desde el punto de vista de la organización, se podría considerar el dibujo de arriba hacia abajo conclusiones más eficiente que la búsqueda de varias pruebas más específicas. Supongamos que uno está interesado en la mayor parte de las principales matemáticos de las áreas de investigación y también capaz de atraer a todos dibujable conclusiones para determinados axiomas. Entonces a mí me parece que el siguiente orden de análisis que parece una adecuado: Introducción a la noción de un conjunto abstracto, introducting todas las diversas lógicas en un sistema inteligente de orden, introducir el álgebra abstracta, seguido por la categoría de marco teórico y varios más específica conjuntos de axiomas que conforman las estructuras pertinentes (incluyendo la topología, los números, los módulos, espacios vectoriales, de las geometrías,...). Todo el tiempo con unos inteligentes orden en la mente, es decir, saltando de un caso especial para el caso especial de una manera minimalista, incluso si no hay una forma óptima de hacerlo, por supuesto. Enciclopédico de las páginas web como Wikipedia, MathWorld o integral tratados dar una áspera concepción de cómo esto puede funcionar. (Personalmente, hay un par de ambigüedades para mí, especialmente con respecto a los puntos en los que tengo que introducir la teoría de conjuntos. Por ejemplo, no sé si realmente tiene que introducir frases como objetos en el cálculo proposicional o de lo que otras grandes áreas son explicables en no establecer teórico términos, incluso si normalmente se explican de esa manera. También tengo poco conocimiento en el modelo moderno perspectiva de la teoría.) Después de haber dicho que:

Lo que sería una (o tal vez la) eficiente con el fin de introducir la matemática marcos de conocimiento actual, el estado del arte y de la relevancia), y por qué? Aquí el término "eficiente" se entiende en el sentido explicado más arriba.

No me sorprendería si hay diferentes maneras de acercarse a este. Pero, en cualquier caso, obviamente, hay teoremas que incluir a los demás y, ya que se puede poner de muchas disciplinas matemáticas en sus propios pies, hay algunos sin ambición aumentando. Una más de sintetizar la formulación de la pregunta anterior, uno de los establecido en los términos de los campos específicos, sería preguntar:

Que son los principales teoremas matemáticos, que son fuertemente incluidos en este sentido? Que son teoremas que tienen un unnegligible de energía con respecto a casos especiales o sub-teoremas y por lo tanto, sería digno de ser probado primero? Como otro enfoque, un inicio podría ser averiguar de que los axiomas son realmente necesarias, es decir, haciendo la inversa de las matemáticas.

14voto

YequalsX Puntos 320

La premisa de esta pregunta, que parece ser que hay una clave general teoremas de las matemáticas a partir de la cual otros resultados se puede deducir, es un poco dudosa. (También hay algunas imprecisiones en el post: por ejemplo, Grothendieck--Hirzebruch--Riemann--Roch es un teorema de la geometría algebraica, no en la categoría de teoría.)

Permítanme hablar de solo una fundmental teorema: el teorema de los números primos. Por un lado, esto se ajusta a en toda una familia de teoremas relacionados, todos de fundamental importancia en la teoría de los números: la forma asintótica de la del teorema de Dirichlet sobre primos en progresión aritmética; Cebotarev densidad del teorema; o, más recientemente, el Sato--Tate conjetura. Por otro lado, no hay ningún resultado general de que estos resultados siguen.

Más precisamente, todos estos resultados se puede demostrar mediante la muestra de que una adecuada $L$-función (o familia de $L$-funciones) ha continuación analítica a la línea de $\Re(s) \geq 1$, y no tiene ceros en esta región. Dado esto, el resultado reivindicado, a continuación, de la siguiente manera el Wiener--Ikehara Tauberian teorema; por lo que este es un resultado general que está involucrado en su prueba. Y este resultado puede ser realizado como un caso especial de la mucho más general que el resultado en la teoría de la $L^1$ localmente compacto grupos, debido a Gelfand. Así que muy general Tauberian teorema podría presentar un vértice de la red propuesta.

Pero esto deja abierta la cuestión de cómo afectará a la continuación analítica en $\Re(s) \geq 1$ (y cómo verificar el cero de la libertad). No existe ningún teorema que implica esto. Hay muy general conjeturas, en particular los procedentes del programa de Langlands(ver también los distintos cargos en el programa de Langlands vinculados a aquí para obtener más información en este programa). Pero estas son conjeturas, no general teoremas (como de todo).

Ha habido un enorme progreso en este programa: por ejemplo, Taylor y Astucias de la prueba de Shimura--Taniyama, o Sato--Tate, o de las Ong de la Medalla Fields trabajo ganador en el lema fundamental. Pero estos resultado de llegar a lo conocido hacia lo desconocido. Que implican una enorme cantidad de las matemáticas, como muchos de los resultados que aparecen en los vértices de la prevista de la red (la geometría algebraica y etale cohomology, perversa poleas, de la clase de teoría de campo, ...). Pero toda la evidencia sugiere que será un largo tiempo antes de la declaración general de que encompases todos ellos (la forma general de Langlands del functoriality y la reciprocidad de las conjeturas) queda demostrado.

La conclusión que puedo sacar de esto es que, en la medida en que las matemáticas es una materia viva, se llega a lo desconocido; y los principios subyacentes son siempre de ser reformulada, con los nuevos que están siendo descubiertos. (Sólo como un ejemplo de un recientemente descubierto marco fundamental que está relacionado con el primer número de theorm, pero no es parte del programa de Langlands, ver el uso de nilsystems en el trabajo de Green y Tao en las ecuaciones lineales en los números primos.) En resumen, el proyecto de la red no existe, al menos como una manera de abarcar las matemáticas como una continua evolución del sujeto. (Por cierto, yo también objeto de un marco de una pedagógico punto de vista, pero ese ya es otro tema).

5voto

franssu Puntos 99

Al final del día parece que quieres un grafo dirigido con un nodo para cada afirmación comprobable y dirigida arcos que representan la implicación lógica.

Para que la gráfica sea más útil lo ideal sería la necesidad de encontrar una "forma normal" para cada comprobable afirmación (o nodo).

Pero no veo cómo esto es posible, incluso el de restringir la atención a las afirmaciones escritas en una muy limitada "variante de idioma" de las matemáticas - considerar "clásicos" de la geometría Euclidiana, por ejemplo, donde incluso un único teorema normalmente puede encontrar su expresión en diferentes igualmente válidas, abstracto, elegante, etc. formas (completamente visual "pruebas" de que el teorema de Pitágoras vienen a la mente).

Sospecho que lo mejor que puedes hacer es añadir "a menos que la perfección general de" arcos y nodos a su lógica gráfico explícito a través de las pruebas (escrita y leída por humanos). Entonces, puedes tener un autómata recorrer el gráfico para encontrar "ciclos" (que indican un conjunto de "lógicamente equivalente a" afirmaciones), "las fuentes" (que indican las declaraciones de gran alcance), y los "sumideros" (que indican débiles).

Pero la utilidad de un gráfico (incluso si se recibe en Completa Perfección por una Inteligencia Suprema) está limitada por nuestra capacidad para encontrar el nodo de una lógica determinada afirmación. Hacer las declaraciones tan abstracto como sea posible, reduce el número de nodos en el grafo (que puede ayudar), pero puede hacer que sea más difícil para decidir si un determinado nodo (por ejemplo, un teorema de la Categoría de Teoría) realmente es equivalente a (o más fuerte) con la afirmación particular que nos interesa (por ejemplo, un teorema de topología algebraica).

Pero tal vez estamos en una mejor posición para hacer de la "búsqueda" para los nodos más fácil (por ejemplo, en la decoración de la resumen de la declaración de un teorema con "enlaces" a formas equivalentes y aplicaciones específicas) que eran generaciones anteriores de los lógicos. Y si realmente empezar a construir el grafo tal vez usted va a averiguar un formato de "nodos" y "bordes" que es lo suficientemente general para que el proyecto sea atractivo para otras personas, y usted puede hacer algunos progresos.

Buena suerte!

EDIT: La distinción entre "nodos" y "bordes", claro, es artificial - después de todo, las expresiones lógicas se reducen a la implicación, por ejemplo, "a y B implica C", y "lógico instrucción X es más fuerte que la lógica de la declaración Y" es en sí mismo una instrucción lógica. Pero ya que la pregunta parece ser sobre la exploración de las relaciones entre los estados lógicos creo que tiene sentido distinguir las declaraciones mismas (nodos) y las relaciones lógicas entre ellos (los arcos).

4voto

MathOverview Puntos 5627

Un clásico teorema de

En las fronteras de las matemáticas que no puedo decir nada. Creo que comparto la búsqueda de lo que voy a llamar "general " teoremas" o "teoremas fundamentales". Pero si usted puede permítanme darles un ejemplo de un "general " teorema" en el análisis clásico. Este teorema da condiciones para los dos repetido límites de desplazamiento. Este teorema es ampliamente no recibe la debida atención.

Este teorema se puede encontrar en los libros de Lang (Análisis de vol. 2 por ejemplo). Pero creo que la redacción de Zorich (Análisis Matemático II p. 381) más general. Voy estado en Zorich que describe en detalle las consecuencias de este teorema. Es una lástima que no se puede visualizar en google.

Teorema. Deje que $\{ F_t ; t\T\}$ una familia de funciones $F_t : X \rightarrow \mathbb{C}$ en función de un parámetro t; deje de $\mathcal{B}_X$ ser una base de $X$ y $\mathcal{B}_{T}$ una base de $T$. Si la familia converge uniformemente en $X$ sobre la base de $\mathcal{B}_{T}$ para una función $F : X \rightarrow \mathbb{C}$ y el límite de $\lim_{\mathcal{B}_{T}} F_t(x)=A_t$ existe para cada $t\T$, la repiten los límites de $\lim_{\mathcal{B}_{X}}(\lim_{\mathcal{B}_{T}}F_t(x))$ y $\lim_{\mathcal{B}_{T}}(\lim_{\mathcal{B}_{X}}F_t(x))$ existir y la igualdad

$$ \lim_{\mathcal{B}_{X}}(\lim_{\mathcal{B}_{T}}F_t(x))=\lim_{\mathcal{B}_{T}}(\lim_{\mathcal{B}_{X}}F_t(x)) $$ sostiene.

La convergencia uniforme requerido en las hipótesis de este teorema se obtiene a través de la compacidad y la monotonía cuando sea posible (por ejemplo, si $X = \mathbb{R}$).

Para una conveniente la definición del conjunto $T$ (normalmente $T = \mathbb{N},\mathbb{R}$) y de las funciones de $F_t$ (con $X=\mathbb{R},\mathbb{R}^n,\mathbb{N}$, por ejemplo) de la siguiente manera inmediata, los siguientes teoremas

1) clásica del teorema de Fubini

2) la regla de Leibniz para la diferenciación bajo el signo integral

3) del teorema de Schwarz

4) Fundamental del Cálculo el teorema de

5) Arzelà–Ascoli teorema ( versión local )

6) la diferenciación en el límite de algún parámetro

7) la integración en el límite de algún parámetro

(Nota. Espero haber escrito en el idioma inglés de los nombres comunes de estos teoremas anteriores.)

No estoy seguro de eso, pero me atrevería a poner en la lista por encima de los teoremas para la continua y diferenciable de la dependencia a la educación a distancia y también el clásico teorema de aproximación de Weierstrass.

Espero haber contribuido a este ejemplo.

3voto

Daniel Schierbeck Puntos 962

La filosofía es la organización jerárquica de las ideas, y lo que están pidiendo es el equivalente a una filosofía de la matemática. Esto dependerá de lo que considere significativo, importante y muy interesante. Cada edad (en alemán, Zeitgeist) va a tener su propia respuesta a esta pregunta, lo que define a esa edad. Y cada individuo tiene igualmente su propia perspectiva, que se sitúa en relación a eso. Si usted lee el prefacio de un excelente libro de matemáticas, y si el autor es capaz de expresar su experiencia, usted también ganará una gran cantidad de información para llevar más cerca de su personal respuesta a esta pregunta.

2voto

user996522 Puntos 325

Puedo yo empezar recomendando http://www.amazon.com/Experience-Nature-John-Dewey/dp/0486204715

Creo que una axiomática, ascendente, acercamiento a las matemáticas es totalmente antinatural. Casi todos los grandes descubrimientos matemáticos fueron saltos, desafiando a lo desconocido - saltos de fe. El rigor se rellena generalmente después de los hechos.

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