Hiru kuboen batura

testwikitik
Nabigaziora joan Bilaketara joan

Potentzien batuketaren matematikan, hiru kuboen gehiketaren problema, problema irekia da (oraindik ez da emaitza orokorrik lortu), non edozein zenbaki arrunta hiru zenbaki osoen kuboen batura gisa adieraz daitekeen. Batuketa honetarako zenbaki positiboak zein negatiboak baimentzen dira. Teorema honen proposamena hurrengoa da: Aurkitzea 'k' deitutako edozein zenbaki arrunt bat () zenbat modutan jar daitekeen hiru zenbaki positiboen kuboen batura gisa: (x3+y3+z3=k)[1].

Problema matematiko hau Diofantoren ekuaziorekin erlazionatuta dago. Arazo honen emaitza guztiak zenbaki osoak izan behar ziren. Hauen adibide garrantzitsuenatariko bat Fermaten azken teorema da. Honek soluzio osoak lortzean datza hurrengo ekuaziorako: xn+yn=zn , non n zenbaki arrunta den (n).[1]

Pierre_de_FermatPhuong_trinh_Fermat-Fermat_equation

Momentuz, 0-tik 1000 bitarteko zenbakiak aztertu eta hainbat emaitzak lortu dituzte. Hala ere, 0-100 tartea dago solilik osorik aurkituta momentuz, gutxienez emaitza batekin. Hala ere, badaude zenbaki batzuk, baldintza zehatz bat betetzen dutenak, zeinek ez daukate soluziorik: 4 edo 5 modulu 9 direnak, hau da, zenbaki horiek 9-rekin zatitzean bere hondarra 4 edo 5 dutenek. Zenbaki hauek dira 13, 22, 40 eta 95 besteak beste.

Zenbaki horiek hiru kuboen gehiketa bezala jartzeko ezintasuna zenbaki kuboen 'propietate' batengatik gertatzen da: Zenbaki oso bat 9-rekin zatituz gero, hondarra 0, 1 edo -1 bat izango da, beti (Ikusi aurrerago frogapena). Haien arteko maximoa hartuz, 1, eta 3 aldiz gehitzen bere kuboa, gehienez 3 ematen du (1 + 1 + 1 = 3) eta minimoa hartuz (-1), eta gehitzen, 9-tik asten, gehienez 6-ra ailegatzen gara, ( 9 -1 -1 -1 = 6), beraz, geratzen da tarte bat, [4, 5], zeinarekiko inoiz ez da erantzun bat egongo (Frogapena ulertzeko ikusi aritmetika modularra[2]).

Frogapena

Zenbaki guztiak 9k + r bezala jar daitezke, non r zenbaki arrunta den, eta 0 <= r < 9

Beraz, 9k, 9k + 1, ..., 9k + 8 ber hiru egitean, berriro ere 9k + m bezala jarri ahal izango dugu, baina kasu honetan, frogatu behar dugu m beti 0, 1 edo -1 izango dela

  • 9k kasua

(9k)3=93k3=9(92k3)+0

Beraz, hondarra 0 izango da

  • 9k + 1 kasua

(9k+1)3=(9k)3+3(9k)2+39k+1=9((92k3)+39k2+3k)+1

Hondarra 1 izango da

  • 9k + 2 kasua

(9k+2)3=(9k)3+32(9k)2+3229k+8(91)=9((92k3)+329k2+34k+1)1

Bigarren paussuan, konturatu behar gara 8, 9 - 1 bezala jar daitekeela, eta beraz, hondarra -1 izango dela

  • 9k + 3 kasua

(9k+3)3=(9k)3+33(9k)2+3329k+27=9((92k3)+339k2+332k+3)+0

27, 9 * 3 denez, barrura sar daiteke, eta hondarra berriro 0 da

Prozesua beste guztiekin errepikatuz, ikusten da hurrengoa:

  • 9k + 4 kasua(9k+4)3=9(92k3+934k2+9342k)+64=9(92k3+934k2+9342k)+79+1=9(92k3+934k2+9342k+7)+1Hondarra 1 izango da
  • 9k + 5 kasua(9k+5)3=9(92k3+935k2+9352k)+125=9(92k3+935k2+9352k)+1491=9(92k3+935k2+9352k+14)1Hondarra -1 izango da
  • 9k + 6 kasua(9k+6)3=9(92k3+936k2+9362k)+216=9(92k3+936k2+9362k)+924=9(92k3+936k2+9362k+24)+0Hondarra 0 izango da
  • 9k + 7 kasua(9k+7)3=9(92k3+937k2+9372k)+343=9(92k3+937k2+9372k)+938+1=9(92k3+937k2+9372k+38)+1Hondarra 1 izango da
  • 9k + 8 kasua(9k+8)3=9(92k3+938k2+9382k)+512=9(92k3+938k2+9382k)+9571=9(92k3+938k2+9382k+57)1Hondarra -1 izango da

Ikusten da hondarra beti 0, 1 edo -1 izango dela

Historia

1955ean, informatikariek softwarea programatu eta ordenagailuak kalkuluak egiten hasi ziren, [0, 1000]-zenbakien arteko emaitzak ateratzeko. Ia zenbaki guztietarako emaitzak lortu zituzten, zenbaki hauetarako izan ezik:

33, 42, 52, 74, 114, 156, 165, 195, 290, 318, 366, 390, 420, 452, 530, 534, 564, 579, 588, 606, 609, 627, 633, 732, 735, 758, 767, 786, 789,

795, 830, 834, 861, 894, 903, 906, 912, 921, 933, 948, 964, 975[3].

Ordenagailuek probatzen jarraitu zuten, baina emaitza berriak abiadura azkarrekin lortzeari uzti zioten, konputazionalki oso garestia zelako zenbaki oso altuekin lan egitea.

2000. urtean 100 billioi baino txikiagoko zenbaki guztien konbinazioak frogatu ziren, eta 2015-ean 1.000 billioi zenbakiraino heldu zen.

2001-eko uztailaren 29an, D. J. Bernstein zenbaki hauen emaitzak lortu zituen:[3]

24, 195, 250, 290, 312, 452, 480, 530, 534, 556, 588, 606, 609, 735, 744, 767, 768, 786, 808, 830, 834, 861, 903, 912, 964[3].

Beranduago, 30-rako emaitza atera zuten[3]:

283 059 96532 218 888 5173+2 220 422 9323

2003-ko abenduaren 10an lau unibertsitateko ikasle talde batek 52-rako irtenbidea aurkitu zuen[3]:

60 702 901 3173+23 961 292 4543+(61 922 712 865)3

Geroago, 2002 eta 2007 bitartean beste zenbaki batzuen emaitza lortu zen:

  • 68 844 645 6253+2 232 194 3233+(68 845 427 846)3=156
  • 47 835 963 7993+20 549 442 7273+(49 068 024 704)3=318
  • 241 832 223 2573+167 734 571 3063+(266 193 616 507)3=366
  • 8 859 060 149 0513+(2 680 209 928 162)3+(8 776 520 527 687)3=420
  • 53 872 419 1073+(1 300 749 634)3+(53 872 166 335)3=564
  • 662 325 744 4093+109 962 567 9363+(663 334 553 003)3=758
  • 18 918 117 957 9263+4 836 228 687 4853+(19 022 888 796 058)3=789
  • 19 868 127 639 5563+2 322 626 411 2513+(19 878 702 430 997)3=894
  • 998 246 1593+(165 963 535)3+(996 714 691)3=933
  • 323 019 573 1723+63 657 228 0553+(323 841 549 995)3=948

Beraz, bakarrik 14 zenbakirako emaitzak falta ziren:

33, 42, 74, 114, 165, 390, 579, 627, 633, 732, 795, 906, 921, 975

Timothy Browning-ek problema Numberphile Youtube kanalean ipini ondoren 2016-an, bilaketa hauek zabaldu zuen, max (| x |, | y |, | z |) <1015 arte, 74-ren kasua ebazten. Gainera, Bristoleko Unibertsitateko matematikari batek, Andrew Booker, metodo errazago bat bilatzen hasi zen, ordenagailuak kalkulu gutxiago egiteko. Metodo hau bilaketa selektiboan datza, zenbaki batzuk berehala baztertzeko eta kalkulu ez-beharrezkoak kentzeko. Haren bilaketa algoritmoa, momentu horretan egiten ari zena (zenbakiz zenbakiz kalkulatzea) baino 20 aldiz azkarragoa zen. Gainera, Diofantoren ekuazioen emaitza guztietarako balio zuen. Horri esker, k = 33-rako erantzuna aurkitu zen 2019-an.

Geroago, MIT-ko informatika banatuaren aditu batekin, Andrew Sutherland, algoritmoa aldatu zuten milioika ordenagailuetan exekutatzeko. Ordenagailu hauek 'Charity engine' sarea osatzen dute. Azkenean, 2019-ko irailan, 42-ko emaitza lortu zuten. Honek [0, 100]-ko tartearen emaitzik gabe geratzen zen azken zenbakia izan zen.

Answer_to_Life

Booker-ek eta Sutherland-ek 3-ren hirugarren irudikapena ere aurkitu zuten Charity Engine-en beste 4 milioi ordu konputatu erabiliz.

Urte bereko hilabete berean, 906-ko emaitza lortu zuten. Beraz, 1.000 arte ebatzi gabeko kasu bakarrak 114, 390, 627, 633, 732, 921 eta 975 dira.

Hala ere, hau ez da teoremaren frogapena, baizik eta urrats bat matematikariei informazioa emateko haien lana errazteko, azkenean erantzun orokor bat lor daitezen. Hau horrela izan arren, 1992-an, Roger Heath-Brown-ek 'k' zenbaki arrunt guztiak hiru kuboen batura bezala infinitu modutan jar zezakeeola konjeturatu zuen, 4 edo 5 modulu 9 izan ezik.

Orain arte, 0, 1, 2, eta zenbaki lehenen kuborentzako baino ez da aurkitu emaitza posible guztiak infinituak direnentz. Adibidez, 3-rentzako oso zaila izan zen 2. emaitza lortzea. Lehenengoa oso erraza izan zen, bistaz ikusten dena: 13+13+13. Bigarrena, aldiz, 2019-ko irailean agertu zen, eta askoz konplexuagoa da:

569 936 821 221 962 380 7203+(569 936 821 113 563 493 5093) + (472 715 493 453 327 0323)

Izan ere, zenbaki arruntak goi-bornatuak ez direnez[4][5], oso posiblea da konjetura hori egia izatea, baina emaitzak hain alderatuta daudenez elkarrekiko, oso zaila izango da beste emaitzak lortzea, baldin eta egiatan badaude.

Kasu txikiak

0-rako erantzun bakarrak tribialak dira, Leonhard Euler frogatutakoak. Kasu honetan, zenbaki bat bestearen zeinu kontrakoa dauka:

a3+(a)3+03=0,a

1 eta 2-rako infinitu emaitza familiak daude:

(9b4)3+(3b9b4)3+(19b3)3=1,b (Errepresentazio hau 1936-an izan zen aurkituta K. Mahle-rengatik)[6]

(1+6c3)3+(16c3)3+(6c2)3=2,c (Errepresentazioa A.S. Verebrusov-ek aurkitu zuen 1908-an[7], eta L.J. Mordell-ek aipatua[8])

Hauek eskala daitezke bi aldiz kuboak diren edozein kuboren edo edozein zenbakiren irudikapenak lortzeko.

Wikipediako sarrera hau idatzi zen momentura arte dauden beste 2-ko errepresentazioak hauek dira:

1 214 9283+3 480 2053+(3 528 875)3=2,

37 404 275 6173+(25 282 289 375)3+(33 071 554 596)3=2,

3 737 830 626 0903+1 490 220 318 0013+(3 815 176 160 999)3=2

3-ren irudikapenaren kasuan, Louis J. Mordell-ek 1953-an idatzi zuen hurrengoa: "Ez dakit ezer", kasu handiei erreferentzia eginez. Horrekin batera, 3-rentzako emaitz bat eman zuen:

13+13+13=43+4353=3

Izan ere, kasu honetan hiru zenbaki kubikoetako bakoitza 9 moduloaren berdina da.

Emaitzak konputazionalak

Ordenagailuak emaitz asko kalkulatu zituzten. Orain dauden lengoiaekin, zenbaki batzuetarako emaitz anitz kalkula dezakegu, adibidez, 8-rako edo 64-rako, bakarrik [-100,100] arteko zenbakiak erabiltzen.

Hainbat lengoiatan egin daiteke, hala nola, Python eta C (kodea optimizatu gabe dago):

(Kode honetan ez dira 1 ezta 2 zenbietarako emaitzak kalkulatzen, infinituak baitira, beraz, 3-tik hasten da kalkulatzen)

PYTHON

temp1 = -200
temp2 = -200

for i in range (3, 100+1):
    konp_orokor = False
    
    if i%9 == 4 or i%9 == 5:
        continue
    
    for j in range (101):
        for k in range (-100, 101):
            for l in range (-100,101):
                if j**3 + k**3 + l**3 == i:
                    if l == temp1 or k == temp2:
                        break
                    
                    print (i, '=',j,k,l, sep='\t')
                    temp2 = l
                    temp1 = k
                    
                    konp_orokor = True
                    break
        
        if konp_orokor == True:
            continue

C

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdbool.h>

int i, j, k, l;
int konp1 = -200, konp2 = -200;

int main()
{
    int hasi = 3, amaitu = 10, konp_orokor;
    
    for (i=hasi; i<=amaitu; i++)
    {
        konp_orokor = false;
        
        if (i%9 == 4 or i%9 == 5)
        {
            continue;
        }
        
        for (j = 0; j<=100; j++)
        {
            
            for (k = -100; k<= 100; k++)
            {
                
                for (l = -100; l <= 100; l++)
                {
                    if (pow (j, 3) + pow (k, 3) + pow (l, 3) == i)
                    {
                        if (k == konp2 or l == konp1)
                        {
                            break;
                        }
                        
                        printf ("%d = %d, %d, %d\n", i, j, k, l);
                        konp1 = k;
                        konp2 = l;
                        
                        konp_orokor = true;
                        break;
                    }
                }
            if (konp_orokor == true)
            {
                continue;
            }
            }
        }
    }
    
    system ("pause>null");
    return 0;
}

Interes komuna

Hiru kuboren arazoen batuketak azken urteetan Brady Haranek ezagutzera eman zuen, Numberphile YouTube kanalaren sortzaileak, "33-ren arazo ebaztezina" (The Uncracked Problem with 33[9]), 2015eko bideoarekin hasita, Timothy Browning-ekin egindako elkarrizketa batekin. Handik sei hilabetera, "74 ebaztu da" bideoa atera zen Huismanekin 74-rako irtenbidea eztabaidatzen.

2019an, Numberphilek erlazionatutako hiru bideo argitaratu zituen, "42 da 33 berria", "42ren misterioa konpondu da" eta "3 3 kuboren batura gisa" ("42 is the new 33[10]", "The mystery of 42 is solved[11]", and "3 as the sum of 3 cubes[12]").

Bookerrek eta Sutherland-ek 42rako irtenbideari buruz egindako iragarkiek nazioarteko prentsa estaldura jaso zuten: New Scientist[13], Scientific American[14], Popular Mechanics[15], The Register[16], Die Zeit[17], Der Tagesspiegel[18], Helsingin Sanomat[19], Der Spiegel[20], New Zealand Herald[21], Indian Express[22], Der Standard[23], Las Provincias[24], Nettavisen[25], Digi24[26], and BBC World Service[27]

Emaitzak [0,100]

Aurreko ataletan ikusi den bezala, zenbaki batzuk hainbat erantzun dituzte. Beste batzuk, berriz, ezin dira kalkulatu. Hemen 0-tik 100-era kalkulatu daitezkeen zenbaki guztien emaitzak agertuko dira (Zenbaki bat infinitu soluzio badauka, letra batekin adierazita egongo da 'ekuazioa').

k x y z
0 0 a -a
1 9b4 3b9b4 19b3
1 -1 1
0 0 1
2 1+6c3 16c3 6c2
0 1 1
1.214.928 3.480.205 −3.528.875
37.404.275.617 -25.282.289.375 -33.071.554.596
3.737.830.626.090 1.490.220.318.001 -3.815.176.160.999
3 1 1 1
4 4 -5
569.936.821.221.962.380.720 - 569.936.821.113.563.493.509 -472.715.493.453.327.032
6 −1 −1 2
7 0 −1 2
8 9

a3

15

a3

−16

2

9 0 1 2
10 1 1 2
11 −2 −2 3
12 7 10 −11
15 −1 2 2
16 −511 −1609 1626
17 1 2 2
18 −1 −2 3
19 0 −2 3
20 1 −2 3
21 −11 −14 16
24 −2.901.096.694 −15.550.555.555 15.584.139.827
25 −1 −1 3
26 0 −1 3
27 −4

3

−5

a3

6

a3

28 0 1 3
29 1 1 3
30 −283.059.965 −2.218.888.517 2.220.422.932
33 −2.736.111.468.807.040 −8.778.405.442.862.239 8.866.128.975.287.528
34 −1

-3

2

-4

3

5

35 0 2 3
36 1 2 3
37 0 −3 4
38 1 −3 4
39 117.367 134.476 −159.380
42 12.602.123.297.335.631 80.435.758.145.817.515 −80.538.738.812.075.974
43 2 2 3
44 −5 −7 8
45 2 −3 4
46 −2 3 3
47 6 7 −8
48 −23 −26 31
51 602 659 −796
52 23.961.292.454 60.702.901.317 −61.922.712.865
53 −1 3 3
54 −7 −11 12
55 1 3 3
56 −11 −21 22
57 1 −2 4
60 −1 −4 5
61 0 −4 5
62 2 3 3
63 0 −1 4
64 −3

4

−5

a3

6

a3

65 0 1 4
66 1 1 4
69 2 −4 5
70 11 20 −21
71 −1 2 4
72 7 9 −10
73 1 2 4
74 66.229.832.190.556 283.450.105.697.727 −284.650.292.555.885
75 4.381.159 435.203.083 −435.203.231
78 26 53 −55
79 -19 -33 35
80 69.241 103.532 -112.969
81 10 17 -18
82 -11 -11 14
83 -2 3 4
84 -8.241.191 -41.531.726 41.639.611
87 -1972 -4126 4271
88 3 -4 5
89 6 6 -7
90 -1 3 4
91 0 3 4
92 1 3 4
93 -5 -5 7
96 10.853 13.139 -15.250
97 -1 -3 5
98 0 -3 5
99 2 3 4
100 -6 -3 7

Erreferentziak

Txantiloi:Erreferentzia zerrenda

Kanpo estekak

Txantiloi:Autoritate kontrola