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60年前数学大师没解开的难题,被一位牛津博士生搞定了

机器之心  · 公众号  · AI  · 2025-05-24 11:13

主要观点总结

文章介绍了关于加法的未解之谜,即无和集的性质。自20世纪初以来,数学家们一直在研究这个问题。传奇数学家Paul Erdős提出了一个关于无和集普遍性的问题,最近被牛津大学博士生Benjamin Bedert解决。Bedert证明了对于任意包含N个整数的集合,存在一个至少包含N/3 + log (log N)个元素的无和子集。该结果解决了Paul Erdős的猜想,并揭示了无和集的隐藏结构。

关键观点总结

关键观点1: 文章介绍了无和集的性质和数学家们长期以来的研究。

自20世纪初以来,数学家们一直在研究这个问题。传奇数学家Paul Erdős提出了一个关于无和集普遍性的问题,该问题困扰了数学家数十年。

关键观点2: 牛津大学博士生Benjamin Bedert解决了这个难题。

Bedert证明了对于任意包含N个整数的集合,存在一个至少包含N/3 + log (log N)个元素的无和子集,解决了Paul Erdős的猜想。

关键观点3: Bedert的解决过程涉及到Littlewood范数的运用。

Bedert运用Littlewood范数的理论来解决问题,他发现具有小Littlewood范数的集合具有某些类等差数列特性。他利用这一特性,成功证明了存在大型无和子集。

关键观点4: 这项研究揭示了无和集的隐藏结构。

通过Bedert的研究,数学家们对无和集的隐藏结构有了更深入的理解,这对未来研究具有重要意义。

关键观点5: 仍然存在未知问题。

虽然Bedert的结果解答了最大无和子集是否会无限大于N/3这一问题,但数学家们尚不清楚这种偏差的具体增长速度。此外,小Littlewood范数集合的结构仍然是一个有待研究的课题。


正文

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自 1965 年起,传奇数学家 Paul Erdős(保罗・爱多士,为现时发表论文数最多的数学家,多达 1525 篇,曾和 511 人合写论文)在一篇论文中提出了一个关于无和集普遍性的简单问题 : 一个整数集合中,最大的不含任意两数相加结果的子集究竟能有多大?


此后数十年,这个看似简单的问题却困住了无数数学家。


直到今年二月,在 Erdős 提出该问题的六十年后,终于被牛津大学博士生 Benjamin Bedert 破解了。


Bedert 证明了对于任意包含 N 个整数的集合,存在一个无和子集,其大小至少为 N/3 + log (log N)。 这一结果首次严格证明了最大无和子集的大小确实会超过 N/3, 并随 N 增长而增大,从而解决了 Paul Erdős 的猜想。


他的证明深入数学本质,通过融合不同领域的技巧,不仅揭示了无和集的隐藏结构,更为其他各类数学场景提供了新见解。


Benjamin Bedert—— 这位牛津大学的博士生 —— 解决了一个困扰数学界数十年的难题,该难题从根本上检验了加法在集合中的作用机制。


进退维谷的证明过程


Erdős 发现,任何整数集合都必然包含一个更小的无和子集。以集合 {1, 2, 3} 为例(它本身并非无和集,因为它包含两个数的和仍属于该集合),其中就存在五个不同的无和子集,比如 {1} 和 {2, 3}。


这位数学大师试图探究这一现象的普遍规模:如果一个集合包含一百万个整数,其最大无和子集的规模究竟有多大?


Paul Erdős


在多数情况下,这个子集大得惊人。如果随机选取一百万个整数,其中约半数会是奇数 —— 这就能形成一个约 50 万元素的无和子集。


在 1965 年的论文中,Erdős 用短短数行完成了一个被数学家们誉为天才之作的证明: 任何包含 N 个整数的集合,都必然存在一个至少包含 N/3 个元素的无和子集。


然而他并不满足于此。该证明基于平均值原理:他构造了一系列无和子集,并计算出其平均规模为 N/3。但数学界普遍认为,在这类集合族中,最大子集的规模理应远超平均值。


Erdős 希望量化这些超大无和子集的具体规模。数学家们很快提出猜想:随着集合规模 N 的增大,最大无和子集的尺寸将显著超过 N/3。更准确地说,其偏差值会无限增长。这一预测 —— 即最大无和子集的规模等于 N/3 加上一个随 N 趋向无穷大的偏差项 —— 如今被称为无和集猜想(sum-free sets conjecture)。







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