数学家用50万台计算机解决42的三立方数和之谜

2019-09-07 23:12原理微信公众号 (佐佑)

IT之家注:本文来源于微信公众号原理,IT之家获授权转载。

每一个整数是否可以表示为三个整数的立方和?

这个听起来简单的问题,实际上却异常复杂。让我们用数学的语言来表述这个问题:是否存在整数k、x、y、z,使得对于所有的k,它们都满足丢番图方程:

k = x³+ y³+ z³。

丢番图方程是一种代数结构,其独特的性质已让数学家为之着迷了上千年。自上个世纪50年代Louis J.Mordell以来,数学家们就一直在研究该丢番图方程的解。对于有些数字来说,找到方程的解是很容易的。比如当k=29时,k = 3³+1³+1³。但这个问题很快就变得棘手起来,有一些有趣的答案即便真的存在,似乎也根本不可能被计算出来,因为所需要的数字是如此之大。

渐渐地,随着精密复杂的技术和现代计算机的出现,在100以内,除了那些已被证明是不可能以3个整数的立方和出现的数字之外,几乎每一个k值都已经被求了出来的——最后剩下的只有两个,也是最难的两个:33和42。

到了2019年3月,英国布里斯托大学的数学家Andrew Booker在超级计算机的帮助下,花了数周的时间终于找到了33的答案。在过去的64年中,数学家之所以没能找到33的解,是因为在Booker设计出他的算法之前,他们的搜索范围延伸到了远到不切实际的数轴远端,一直到±10¹⁶。

k=33的破解意味着,最后一个未被解决的数字只剩下道格拉斯·亚当斯的粉丝们最喜欢的那个。

然而,解决42就需要进入另一个复杂度。Booker联手麻省理工的数学教授Andrew Sutherland,共同对42发起进攻。

他们通过使用慈善引擎来寻找答案。慈善引擎是一个计算平台,它利用50万台家用电脑未使用的处理能力来产生一种全球超级计算机。

在经历了漫长的计算之后,最终,他们得到了答案:

42 =

(-80538738812075974)³

+ 80435758145817515³

+ 12602123297335631³

生命、宇宙、万物的终极答案是42。现在,数学家终于谱写了42的三个整数的立方和。Booker感到如释重负。他表示,在这样一个游戏中,根本无法确定能找到什么。这有点像是预测地震,只能凭借着一些粗略的概率进行计算。因此在这个游戏中,你可能在几个月之内就能找到想要的答案,也可能要再过一个世纪才能找到答案。

截止目前为止,在k<1000的数字中还有几个数字未找到解,比如390、579、627、795、975等。但Booker和Sutherland更感兴趣的却是数字3。数学家已经证明了1和2有无穷多个可预测模式的解,但他们却只找到了3的两个最平凡的、最简单的解:1³+ 1³+ 1³= 3和4³+ 4³+ (-5)³= 3,他们仍然想知道何时还能出现另一个更大的解。

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