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Decidability de la hipótesis de Riemann y la conjetura de Goldbach

En la más reciente numberphile video, Marcus du Sautoy, afirma que una prueba de la hipótesis de Riemann debe existir (comienza a los 12 minutos). Su razonamiento es el siguiente:

  • Si la hipótesis es indecidible, no hay ninguna prueba de que es falso.

  • Si nos encontramos con un no-trivial de cero, que es una prueba de que es falso.

  • Por lo tanto si es indecidible que no hay ceros triviales.

  • Esto constituye una prueba de la hipótesis es verdadera, por lo tanto es decidable.

Esto tiene mucho sentido, sin embargo, solo segundos antes de que él afirma que la conjetura de Goldbach podría ser indecidible. A mí me parece que el mismo razonamiento que hemos aplicado la hipótesis de Riemann podría ser aplicado a la conjetura de Goldbach. Solo tienes que cambiar las palabras "no-trivial cero" para "un número que puede ser representado por la suma de dos números primos" y para mí este razonamiento se ve bien.

De hecho, como lo que yo puedo decir cualquier declaración que puede ser verificada o falsificados, por ejemplo, pueden ser conectados a este para generar una prueba es decidable.

Desde Marcus du Sautoy es mucho más cualificados que yo para hablar sobre esto tengo la confianza de que hay algo más complejo que va detrás de las escenas aquí. Aplica esto a la conjetura de Goldbach? Si no ¿por qué no? Lo que no estoy entendiendo aquí?

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DanV Puntos 281

La cuestión aquí es ¿es muy complicado cada declaración, cuando formulado como una afirmación acerca de los números naturales (la hipótesis de Riemann se puede hacer en dicha declaración).


Para el propósito de esta discusión trabajamos en los números naturales, con $+,\cdot$ y la función sucesor, y los Axiomas de Peano será la base de nuestra teoría; así por "true" y "false", nos referimos en los números naturales y "comprobable", significa la Aritmética de Peano.

Vamos a decir que un enunciado es "simple" si en el fin de verificar, usted absolutamente seguro de que usted no tiene que comprobar todos los números naturales. (El término técnico aquí es "limitado" o "$\Delta_0$".)

Por ejemplo, "No es un número primo pequeño de $x$" es una declaración simple, ya que la verificación de si o no $n$ es el primer requiere sólo la comprobación de su divisibilidad entre los números de menos de $n$. Tan solo necesitamos comprobar los números por debajo de $x$ en el fin de verificar esto.

Por otro lado, "Hay un Fermat primer mayor que $x$" no es una simple declaración, ya que, posiblemente, este es falsa, pero sólo la comprobación de todos los números por encima de $x$ nos dirá la verdad de esta afirmación.

El truco es que un simple enunciado es verdadero si y sólo si es demostrable. Esto requiere un poco de trabajo, pero no es muy difícil de demostrar. Por desgracia, la mayoría de las preguntas interesantes que no puede ser formulado como simples declaraciones. Por suerte para nosotros, este "comprobable si y sólo si es verdadero" puede ser empujado un poco más.

Decimos que un enunciado es "relativamente sencillo" si tiene la forma "existe algún valor de a $x$ tal que conectarlo va a girar a la declaración de simple". (El término técnico es $\Sigma_1$ declaración).

Mirando hacia atrás, la declaración acerca de la existencia de un Fermat prime por encima de $x$ es de tal declaración. Porque si $n>x$ es una de Fermat primo, entonces el enunciado "$n$ es mayor que $x$ y un Fermat prime" es ahora sencillo.

Mediante una cuidada pequeño truco que nos puede mostrar que una relativamente simple declaración es verdadera si y sólo si es demostrable.

Y ahora viene la parte bonita. La hipótesis de Riemann puede ser formulado como la negación de un relativamente simple declaración. Así que si la hipótesis de Riemann es falsa, su negación fue comprobada, así que la hipótesis de Riemann sería rebatible. Esto significa que si usted no puede refutar la hipótesis de Riemann, que tiene que ser verdad. Lo mismo puede decirse de la conjetura de Goldbach.

Entonces, ambos, se podría volver a ser independiente, en el sentido de que no puede ser demostrado a partir de la Aritmética de Peano, pero si demostrar que son al menos consistente, entonces usted obtener inmediatamente que son verdaderas. Y esto nos daría una prueba de estas declaraciones de un más fuerte de la teoría (por ejemplo, la teoría de conjuntos).

También se puede pedir el mismo acerca de la doble primer conjetura. Pero esta conjetura no es más un relativamente simple afirmación ni la negación de uno. Por lo que la anterior no se aplica, y es factible que la conjetura es consistente, pero falso en los números naturales.

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Mark Struzinski Puntos 11288

El último punto, diciendo que esto constituye una prueba de que es decidable, no siga.

$X$ es decidable significa cualquiera de las $X$ es comprobable o $\neg X$ es demostrable. Es posible que ambos son demostrables, en cuyo caso la teoría es inconsistente y cada afirmación y su negación son demostrables y cada afirmación es decidable.

La situación se generaliza a cualquier declaración en el mismo nivel de la jerarquía aritmética como la hipótesis de Riemann o la conjetura de Goldbach, incluyendo la sentencia de Gödel. Todos afirman la existencia o la no existencia de un número natural en la satisfacción de un computable predicado. Si la forma existencial es improbable, a continuación, la forma universal es verdadera. Y el contrapositivo es: si la forma universal es falsa, entonces la forma existencial es comprobable (lo que implica que ambas formas son decidable). Así que si RH es falso, entonces RH es decidable, y si el GC es falso, entonces el GC es decidable, y si la aritmética es inconsistente, entonces la consistencia de la aritmética es decidable. Que puede ser lo que se pretende con el punto final.

Un ejemplo de un problema con una situación diferente es $\text{P=NP}$.

2voto

Kendall Puntos 768

Si los axiomas son consistentes, por una declaración de $P$, podemos imaginar las situaciones siguientes:

  1. $P$ es verdadera, y una prueba de esto puede ser encontrado
  2. $P$ es cierto, pero no hay prueba de este hecho existe a partir de los axiomas utilizamos
  3. $P$ es falso, y una prueba de esto puede ser encontrado
  4. $P$ es falso, pero no hay prueba de este hecho existe a partir de los axiomas utilizamos

Tenga en cuenta que puede haber otras posibilidades, a veces, por ejemplo, $P$ puede ser independiente de los axiomas, es decir, que no es ni verdadera ni falsa.

Por tanto la hipótesis de Riemann y la conjetura de Goldbach, podemos descartar rápidamente el punto 4. por encima de. Porque si bien es falsa, no existe un punto que viola la declaración, y con que contraejemplo tenemos una fácil prueba de la falsedad de la misma.

Cuando 4. puede ser gobernado nuestro en estos casos especiales, sólo tenemos que averiguar si 1., 2., o 3. se aplica.

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