Saltu al enhavo

Nombroteorio

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Matematikaj funkcioj
Aroj: fonta aro, argumentaro, bildaro, cela aro (suma klarigo) • malbildo
Fundamentaj funkcioj
Algebraj funkcioj:
konstantalinearakvadratapolinomaracionalaTransformo de Möbius
Aliaj funkcioj:
trigonometriajinversa trigonometriahiperbolaeksponentalogaritmapotenca
Specialaj funkcioj
eraraβΓζηW de Lambertde Bessel
Nombroteoriaj funkcioj:
τσde Möbiusφπλ
Ecoj:
totaleco kaj partecopareco kaj malparecomonotonecobaritecoperiodecodisĵetecosurĵetecodissurĵeteco
kontinuecoderivaĵecointegralebleco

Nombroteorio estas branĉo de matematiko dediĉita al la studado de ecoj de entjeroj kaj ties ĝeneraligoj (ekz. algebraj entjeroj). La demandoj pri la plej granda komuna divizoro, la plej malgranda komuna oblo, malkomponado je primoj, prezento de natura nombro en iu certa formo, ĝia dividebleco kaj aliaj temoj estas studobjektoj de la nombroteorio. Ĝi inkluzivas ankaŭ teoriojn de komparoj, diofantaj ekvacioj, eble ĉenaj frakcioj, diofantaj alproksimiĝoj, transcendaj ekvacioj (vidu transcenda nombro) k.a.

Multaj problemoj en nombroteorio estas tre facile kaj koncise formuleblaj sed tre malfacile solveblaj, kaj konsiderindaj branĉoj de moderna matematiko estis evoluigitaj en provo solvi tiajn problemojn. Bonkonata ekzemplo estas la lasta teoremo de Fermat, kaj problemoj kiuj estas ankoraŭ malfermitaj kiel la Goldbach-konjekto (ĉiu para nombro pli granda ol 2, estas sumo de du primoj), la konjekto pri ĝemelaj primoj (laŭ kiu ekzistas malfinio da paroj de primoj kun la nombra diferenco de nur 2 inter ili) kaj la hipotezo de la primaj kurbaj nombroj (laŭ kiu ekzistas malfinio da primoj de Mersenne kaj rezulte estas senfineco da perfektaj nombroj).

Ekde la 1980-aj jaroj nombroteorio trovis surprizajn aplikojn en ĉifrado (kriptografio); ĝi ebligis la unuajn nesimetriajn ĉifrojn.

En speciala literaturo oni ofte trovas ankaŭ sinonimajn terminojn – Teorio de NombrojTeorio pri Nombroj.

La naturaj nombroj akompanas la homon de la komenco de kulturo. Oni ne scias ĝuste kiam la afero naskiĝis en "abstraktaj" demandoj rilataj al nombroj, demandoj kiuj ne rekte rilatas al nombrado de precizaj objektoj.

Antikvaj argiltabuletoj de Babilonio, de la periodo inter 1900 kaj 1600 a.K., diskutas pitagorajn triopojn, uzante la pozician nombrosistemon kun bazo 60, tio estas, entjeroj kiuj kontentigas la kondiĉon . Fama tabuleto nomita Plimpton 322, origine supozeble enhavanta registron de komercaj transakcioj, estas fakte neta kaj sufiĉe preciza listo de tiaj triopoj, kvankam estas ne certe ke tio estas kion la babilonanoj celis.

La teorio de nombroj prosperis en antikva Grekio, precipe en la verkoj de Pitagoro, Eŭklido kaj Diofanto. Famaj kontribuantoj al la evoluo de tiu branĉo en modernaj tempoj estas Fermat, Euler kaj Gauss.

Klasika Grekio kaj frua helenismo

[redakti | redakti fonton]

Krom kelkaj restaĵoj, la matematiko de Klasika Grekio estas konata ĉu el informoj de tiutempaj nematematikistoj ĉu el matematikaj verkoj de la unua epoko helenisma.[1] Por nombroteorio, tio signifas ĝenerale Platonon kaj Eŭklidon, respektive. Kvankam aziaj matematikoj certe influis super la grekaj kaj kompreneble la helenismajn sciarojn, ŝajne la greka matematiko estas ankaŭ indiĝena tradicio.

Eŭzebio de Cezareo, PE X, en la ĉapitro 4a mencias Pitagoron:

Citaĵo
 Efektive, la menciita Pitagoro, dum li fervore studis la sciaron de ĉiu nacio, vizitis Babilonon, kaj Egiptujon, kaj la tutan Persujon, estante instruita de la magiistoj kaj la pastroj: kaj aldone al tiuj oni diras, ke li studis kun la bramanoj (ĉi tiuj estas hindiaj filozofoj) kaj de unuj li kolektis astrologion, de aliaj geometrion, kaj de aliaj aritmetikon kaj muzikon, kaj malsamajn aferojn de diversaj nacioj, kaj nur de la saĝuloj de Grekujo li akiris nenion, edziĝintaj kvazaŭ al malriĉeco kaj manko de saĝo: tiel li mem fariĝis la aŭtoro de la instruado de la grekoj por la lernado, kiun li akiris el eksterlando[2] 

Aristotelo asertis, ke la filozofio de Platono sekvis proksime la instruojn de la pitagoranoj,[3] kaj Cicerono ripetis tiun aserton: Platonem ferunt didicisse Pythagorea omnia ("Oni diras, ke Platono lernis ĉion pitagoran").[4]

Kovrilpaĝo de la verko de Oliver Byrne de 1847, kolorigita eldono de la Elementoj de Eŭklido.

Platono montris grandan intereson por matematiko, kaj klare distingis inter aritmetiko kaj kalkulo. (Laŭ aritmetiko li referencis parte la teoriumadon pri la nombro, anstataŭ tio kion signifis aritmetikoteorio de nombroj). Tra unu de la dialogoj de Platono -nome la Teteto'- oni scias, ke Teodoro estis pruvinta, ke estas neraciaj. Teteto de Ateno, estis same kiel Platono, disĉiplo de Teodoro; laboris por la distingo de la diferencaj tipoj de nekunmezureblaj nombroj, pro kio oni povus diri, ke li estis pioniro en la studado de la nombrosistemoj. La libro 10a de la Elementoj de Eŭklido estas priskribita de Papo kiel bazita grandparte sur la verko de Teteto.

Eŭklido dediĉis parton de siaj Elementoj al primoj kaj al la dividebleco, temoj kiuj certe apartenas al la nombroteorio kaj kiuj fakte estas bazaj en ĝi (libroj VII ĝis IX de la Elementoj de Eŭklido). Precize, li havigis algoritmon por kalkuli la maksimuman komunan dividanton de du nombroj (nome la Eŭklida algoritmo; Elementoj, Prop. VII.2) kaj la unuan konatan pruvon de la senfineco de la primoj (Elementoj, Prop. IX.20).

En 1773, Lessing publikigis epigramon kiun li estis trovinta en manuskripto dum sia laboro kiel bibliotekisto; ĝi intencis esti letero sendita de Arkimedo al Eratosteno.[5][6] La epigramo proponis tion kion oni konas kiel "gregoproblemo" de Arkimedo; ĝia solvo, mankanta en la manuskripto, postulas solvi nedifinitan kvadratan ekvacion, kio reduktiĝas al tio kio poste estos nomita erare "ekvacio de Pell". Laŭ tio kion oni scias, tiaj ekvacioj estis traktitaj por la unua fojo sukcese fare de la hindia skolo. Oni ne scias ĉu la propra Arkimedo havis metodon por la solvo de tiu problemo.

Diofanto el Aleksandrio

[redakti | redakti fonton]
Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Diofanto el Aleksandrio.
Kovrilpaĝo de la eldono de 1621 de la Aritmetiko de Diofanto, tradukita al latino fare de Claude Gaspard Bachet de Méziriac.

Oni scias tre malmulte pri Diofanto el Aleksandrio; probable li vivis en la 3-a jarcento de nuntempa erao, tio estas, ĉirkaŭ kvin cent jarojn post Eŭklido. Ses de la dek tri libroj de la Aritmetiko de Diofanto estas konservitaj en la originalo greklingva kaj kvar pliaj en traduko al la araba. La Aritmetiko estas kolekto de problemoj prilaboritaj en kiuj la tasko konsistas nepre en la serĉado de reelaj solvoj por sistemo de polinomiaj ekvacioj, normale de la formoj . Tial nuntempe oni parolas pri "diofantaj ekvacioj" se temas pri polinomiaj ekvacioj al kiuj oni devas trovi raciajn aŭ entjerajn solvojn.

Oni povas diri, ke Diofanto studis reelajn punktojn, tio estas punktojn, kies koordinatoj estas reelaj, en kurboj kaj algebraj variaĵoj; tamen, male al la grekoj de klasikaj tempoj, kiuj faris tion, kion oni hodiaŭ nomas baza algebro en geometriaj terminoj, Diofanto faris tion, kion oni hodiaŭ nomas baza algebra geometrio en pure algebraj terminoj. En moderna lingvaĵo, tio kion faris Diofanto estis trovi relajn parametrigojn de la variaĵoj; tio estas, konsiderinte ekvacion de la formo (ekzemple) , ĝia celo estis trovi (esence) tri reelajn funkciojn tiajn ke, por ĉiuj valoroj de kaj , ili establu

por kio havigas solvon al

Diofanto ankaŭ studis la ekvaciojn de kelkaj nereelaj kurboj, por kiuj reela parametrigo ne eblas. Li sukcesis trovi kelkajn reelajn punktojn sur tiuj kurboj (elipsaj kurboj, en kio ŝajne estas ilia unua konata aspekto) per kio sumiĝas al tanĝanta konstruo: tradukite en koordinatan geometrion (kiu ne ekzistis en la tempo de Diofanto), lia metodo estus bildigita kiel desegnado de tanĝanto al kurbo ĉe konata reela punkto, kaj poste trovi la alian punkton de intersekco de la tanĝanto kun la kurbo; tiu alia punkto estas nova reela punkto. (Diofanto ankaŭ turnis sin al tio kio povus esti nomita speciala kazo de sekanta konstruo.)

Kvankam Diofanto traktis plejparte reelajn solvojn, li supozis kelkajn rezultojn pri entjeroj, aparte ke ĉiu entjero estas la sumo de kvar kvadratoj, kvankam li neniam diris tion eksplicite.

Āryabhaṭa, Brahmagupta, Bhāskara

[redakti | redakti fonton]

Kvankam la greka astronomio verŝajne influis hindan sciaron, ĝis la punkto de enkonduko de trigonometrio,[7] ŝajne estas la kazo ke hinda matematiko estas krome indiĝena tradicio;[8] aparte, ekzistas neniu indico ke la Elementoj de Eŭklido atingis Hindion antaŭ la 18-a jarcento.[9]

Āryabhaṭa.

Āryabhaṭa (476-550 n.e.) pruvis, ke la paroj de samtempaj kongruoj , povus esti solvataj pere de metodo kiun li nomis kuṭṭaka, aŭ diserigilo;[10] temas pri proceduro proksima al (ĝeneraligo de) la Eŭklida algoritmo, kiu probable estis malkovrita sendepende en Hindio.[11] Āryabhaṭa ŝajne estis cerbumitan pri aplikado al astronomiaj kalkuloj.[7]

Brahmagupta (628 n.e.) iniciatis la sisteman studadon de la nedifinitaj kvadrataj ekvacioj - aparte, la malĝuste nomita Ekvacio de Pell, en kiu eble Arkimedo interesiĝis la unua, kaj kiu ne eksolviĝis en Okcidento ĝis la epoko de Fermat kaj Euler. Sekvis postaj sanskritaj fakuloj, uzante la teknikan terminaron de Brahmagupta. Ĝenerala proceduro (nome "ĉakravala metodo", aŭ "cikla metodo") por solvi la ekvacion de Pell estis finfine trovita fare de Jayadeva (citita en la 11-a jarcento; lia verkaro tamen perdiĝis); la plej antikva ekspono konservata aperas en Bīja-gaṇita de Bhāskara la 2-a (12-a jarcento).[12]

La hindiaj matematikoj restis grandparte nekonataj en Eŭropo ĝis fino de la 18-a jarcento.[13] La verkaro de Brahmagupta kaj Bhāskara ekzemple estis tradukita al la angla en 1817 fare de Henry Thomas Colebrooke.[14]

La aritmetiko de la islama orepoko

[redakti | redakti fonton]
Alhazen vidita de Okcidento: en marko de Selenografio Alhasen (tiel) reprezentas la sciaron tra la racio kaj Galileo la konon tra la sensoj.

Komence de la 9-a jarcento, la kalifo Al-Ma'mun ordonis traduki multajn grekajn matematikajn verkojn kaj almenaŭ unu sanskritan verkon (nome la Sindhind, kiu eble[15] aŭ eble ne[16] estis la Brahmasphutasiddhanta de Brahmagupta). La ĉefa verko de Diofanto, nome la Aritmetiko, estis tradukita al la araba fare de Qusta ibn Luqa (820-912). Parto de la traktato al-Faĥri (de al-Karaji, 953 - ĉirkaŭ 1029) baziĝas surtio iel. Laŭ Raŝed Roŝdi, la samtempulo de Al-Karajī Ibn al-Haytham konis [17] tion kio poste estos nomita "teoremo de Wilson".

Okcidenta Eŭropo en la Mezepoko

[redakti | redakti fonton]

Krom traktaton pri la kvadratoj en la aritmetika sinsekva serio de Fibonacci - kiu veturis kaj studis en Nordafriko kaj en Konstantinopolo -, dum la Mezepoko oni ne faris teorion pri nombroj en Okcidenta Eŭropo. La afero ekŝanĝiĝis en Eŭropo fine de la Renesanco, pere de plinovigita studado de la verkoj de Antikva Grekio. Katalizilo estis teksta polurado kaj la traduko al la latino de la Aritmetiko de Diofanto.[18]

Kampoj kaj fakoj

[redakti | redakti fonton]

Elementa nombroterio

[redakti | redakti fonton]

Elementa nombroterio esploras entjerojn sen la teknikoj el aliaj matematikaj fakoj. Demandoj pri dividebleco, uzo de la Eŭklida algoritmo por komputi la plej grandan komunan divizoron, faktorado de entjeroj al primoj kaj esplorado de perfektaj nombroj estas ekzemploj de elementa nombroterio.

Kelkaj gravaj malkovroj de tiu ĉi fako estas la malgranda teoremo de Fermat, la teoremo de Eŭler, la ĉina restaĵa teoremo kaj la leĝo de kvadrata reciprokeco. Elementa nombroterio ankaŭ inkluzivas la ecojn de multiplikaj funkcioj kiel la funkcio de Möbius kaj la Eŭlera φ-funkcio, entjeraj vicoj, faktorialoj kaj Fibonaĉi-nombroj.

Diversaj demandoj ene de elementa nombroteorio ŝajnas simplaj, sed postulas tre profundajn konsiderojn kaj novajn alirojn, inkluzive de la jenaj:

Analitika nombroteorio

[redakti | redakti fonton]

Analitika nombroteorio uzas ilojn de infinitezima kalkulo kaj kompleksajn funkciojn (vidu Kompleksa analitiko) por trakti problemojn implikantajn la ecojn de entjeroj. Ĉi tiuj iloj estas plej utilaj por studi la ecojn de primoj: La prima teoremo, ŝlosila teoremo priskribanta la densecon de tiuj nombroj, estis pruvita uzante analitikajn metodojn, same kiel multaj aliaj rezultoj ligitaj al primoj. Nur en 1949 Paŭlo Erdős kaj Atela Salberg trovis "elementan" pruvon de la prima teoremo, kiu ne uzas analitikajn metodojn, sed ĝi estas konsiderata pli komplika kaj malfacila ol la analitika pruvo. La hipotezo de Riemann estas grava ankoraŭ nesolvita problemo, kiu fontas el analitika nombroteorio, kaj ankaŭ aliaj dume ne solvitaj problemoj kiel la Goldbach-hipotezo estas esplorataj per similaj rimedoj.

Alia grava branĉo de analitika nombroteorio estas Diopent-aproksima teorio, kiu traktas racionalajn proksimumadojn al neracionalaj nombroj kaj ebligas studi la kompletajn solvojn de ekvacioj kiel ekzemple

Algebra nombroteorio

[redakti | redakti fonton]

Algebra nombroteorio traktas algebrajn entjerojn, kiuj estas ĝeneraligo de ordinaraj entjeroj: nombroj kiel estas algebraj entjeroj. Tiuj nombroj havas, sub certaj supozoj, trajtojn similajn al ordinaraj entjeroj, kaj povas esti uzataj por pli facile ataki problemojn en nombroteorio.

Aritmetika algebra geometrio

[redakti | redakti fonton]

Aritmetika algebra geometrio esploras problemojn en nombroteorio per iloj kiuj kombinas geometrion kaj algebron.

La ĉefaj objektoj studitaj en la kampo estas aritmetikaj skemoj. En ĉi tiu kampo speciale grava estas la studado de elipsaj kurboj kaj la kompletaj kaj raciaj punktoj sur ili; la pruvo de Wiles de la hipotezo konata kiel "la lasta teoremo de Fermat" apartenas al tiu sfero. La nomo geometria nombroteorio (aŭ geometrio de nombroj) rilatas al la pli klasika kampo, aparte la teorio de Minkowski kiu diskutas la geometrion de kradoj.

Komputebla nombroteorio

[redakti | redakti fonton]

Komputebla nombroteorio traktas la studon de algoritmoj kiuj estas signifaj al nombroteorio. Algoritmoj por rapida testado de ĉu antaŭfiksita nombro estas primo aŭ malkomponita en faktoroj estas de granda graveco en kriptografio, kampo kiu faris nombroteorion de teoria branĉo al tre utila branĉo.

Probablisma nombroteorio

[redakti | redakti fonton]

Probablisma nombroteorio aplikas metodojn de probableco al nombroteorio, precipe koncerne la nombron de la primaj faktoroj de nombro. Unu el la fondintoj de ĉi tiu teoria korpuso estis Paŭlo Erdős.

Konjektoj kaj hipotezoj

[redakti | redakti fonton]

Multaj demandoj en nombroteorio estas formuleblaj pere de nur bazaj nombroteoriaj terminoj, sed por solvi ilin povas necesi tre profunda konsiderado kaj novaj aliroj ekster la fako de baza nombroteorio. Ekzemploj estas:

La teoremon de Diofantaj ekvacioj oni pruvis esti nedecidebla. (Vidu artikolon la deka problemo de Hilbert)

Analitika Nombroteorio

[redakti | redakti fonton]

Analitika nombroteorio uzas infiniteziman kalkulon kaj kompleksan analitikon por solvi demandojn pri entjeroj. La prima teoremo (PT) kaj la parenca hipotezo de Riemann estas ekzemploj. Oni provas solvi ankaŭ la problemon de Waring (reprezenti entjeron kiel sumo de potencigitoj), la ĝemelan priman konjekton (pri la trovado de nefinie multaj primaj paroj kun diferenco de 2), kaj la konjekton de Goldbach (pri la skribado de paraj entjeroj kiel sumoj de du primoj), per analitikaj metodoj. Oni klasas ankaŭ pruvojn pri la transcendeco de matematikaj konstantoj, kiel π kaj e, en analitika nombroteorio. Kvankam deklaroj pri transcendaj nombroj eble ŝajnas ne esti parto de la studado de entjeroj, ili vere temas pri la eblaj valoroj de polinomoj kiuj havas entjerajn koeficientojn de, ekzemple, e; ili ankaŭ proksime ligas al la fako de Diofantaj ekvacioj, kie oni esploras "kiel bone" reelo povas esti proksimume kalkulata de racionalo.

Algebra Nombroteorio

[redakti | redakti fonton]

En algebra nombroteorio, la koncepto pri nombro estas pligrandigita al la algebraj nombroj kiuj estas radikoj de polinomoj kun racionalaj koeficientoj. Ĉi tiuj kampoj enhavas partojn anagolajn al la entjeroj, la tiel-nomatajn algebrajn entjerojn. En tiu ĉi kadro, la familiaraj trajtoj de la entjeroj (ekz. unika disfaktorado) ne necese veras. La bonaĵo de la iloj uzitaj - Teorio de Galois, grupa kohomologio, klaskampa teorio, grupa prezento, kaj L-funkcioj - estas ke ili ebligas al ni iom rehavi tiun ordon por ĉi tiu nova speco de nombroj.

Multajn nombroteoriajn demandojn oni plej bone alproksimiĝas per la studado kiel modulo p, kie ĉiuj primoj estas p (vidu artikolon finiaj fakoj).

Nombroteorio estas la formala studado de nombroj.

Referencoj

[redakti | redakti fonton]
  1. Boyer & Merzbach 1991, p. 82.
  2. Eusebio de Cesarea: Praeparatio Evangelica (Preparación para el Evangelio). Tr. E.H. Gifford (1903) - Libro 10.
  3. Metafiziko, 1.6.1 (987a)
  4. Tusc. Disput. 1.17.39.
  5. Vardi 1998, pp. 305-19.
  6. Weil 1984, pp. 17-24.
  7. 7,0 7,1 Plofker 2008, p. 119.
  8. Ajna frua kontakto inter la babilona kaj hindia matematikoj plue estas spekulativa(Plofker 2008, p. 42).
  9. Mumford 2010, p. 387.
  10. Āryabhaṭa, Āryabhatīya, Ĉapitro 2a, versoj 32a-33a, citita en: Plofker 2008, paĝoj 134–40. Vidu ankaŭ Clark 1930, paĝoj 42-50. Iom pli iomete klara klariga priskribo de la kuṭṭaka alvenis poste en Brahmagupta, Brāhmasphuṭasiddhānta, XVIII, 3-5 (en Colebrooke 1817, p. 325, citita en Clark 1930, p. 42).
  11. Mumford 2010, p. 388.
  12. Plofker 2008, p. 194.
  13. Plofker 2008, p. 283.
  14. Colebrooke 1817.
  15. Colebrooke 1817, p. lxv estis citita en Hopkins 1990, p. 302. Vidu ankaŭ la prefacon en Sachau 188 cititan en Smith 1958, paĝoj 168
  16. Pingree 1968, paĝoj 97-125, kaj Pingree 1970, paĝoj 103-23, citita en Plofker 2008, p. 256.
  17. Rashed 1980, pp. 305-21.
  18. Claude Gaspard Bachet de Méziriac, 1621, post dekomenca klopodo fare de Xylander, 1575

Literaturo

[redakti | redakti fonton]

Vidu ankaŭ

[redakti | redakti fonton]

Eksteraj ligiloj

[redakti | redakti fonton]