Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема...

128
˜

Transcript of Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема...

Page 1: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äåñÿòàÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà

Ðåøåíèå è ïðèëîæåíèÿ â èíôîðìàòèêå

Þ.Â.Ìàòèÿñåâè÷

Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîå îòäåëåíèå

Ìàòåìàòè÷åñêîãî èíñòèòóòà èì. Â. À. Ñòåêëîâà ÐÀÍ

URL: http://logic.pdmi.ras.ru/ ˜yumat

Page 2: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Entscheidung der L�osbarkeit einer diophantischenGleichung. Eine diophantische Gleichung mit irgendwelchen

Unbekannten und mit ganzen rationalen Zahlkoe�cienten sei

vorgelegt: man soll ein Verfahren angeben, nach welchen sich

mittels einer endlichen Anzahl von Operationen entscheiden l�asst,

ob die Gleichung in ganzen rationalen Zahlen l�osbar ist.

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 3: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Entscheidung der L�osbarkeit einer diophantischenGleichung. Eine diophantische Gleichung mit irgendwelchen

Unbekannten und mit ganzen rationalen Zahlkoe�cienten sei

vorgelegt: man soll ein Verfahren angeben, nach welchen sich

mittels einer endlichen Anzahl von Operationen entscheiden l�asst,

ob die Gleichung in ganzen rationalen Zahlen l�osbar ist.

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 4: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Entscheidung der L�osbarkeit einer diophantischenGleichung. Eine diophantische Gleichung mit irgendwelchen

Unbekannten und mit ganzen rationalen Zahlkoe�cienten sei

vorgelegt: man soll ein Verfahren angeben, nach welchen sich

mittels einer endlichen Anzahl von Operationen entscheiden l�asst,

ob die Gleichung in ganzen rationalen Zahlen l�osbar ist.

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 5: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Ãðå÷åñêèé ìàòåìàòèê Äèîôàíò æèë, ñêîðåå âñåãî, â 3-åì âåêå

íàøåé ýðû.

Page 6: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Ãðå÷åñêèé ìàòåìàòèê Äèîôàíò æèë, ñêîðåå âñåãî, â 3-åì âåêå

íàøåé ýðû.

Page 7: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïîëèíîìèàëüíûå óðàâíåíèÿ ó äðåâíèõ ãðåêîâ

x2 = 2

1

1

��

��

��

��

��

��

x

Page 8: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïîëèíîìèàëüíûå óðàâíåíèÿ ó äðåâíèõ ãðåêîâ

x2 = 2

1

1

��

��

��

��

��

��

x

Page 9: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïîëèíîìèàëüíûå óðàâíåíèÿ ó äðåâíèõ ãðåêîâ

x2 = 2

1

1

��

��

��

��

��

��

x

Page 10: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïîëèíîìèàëüíûå óðàâíåíèÿ ó äðåâíèõ ãðåêîâ

x2 = 2

1

1

��

��

��

��

��

��

x

Page 11: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Öåëûå ðàöèîíàëüíûå ÷èñëà ÷òî ýòî òàêîå?

� ýòî ÷èñëà 0, ±1,±2, ±3, . . .

Page 12: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Öåëûå ðàöèîíàëüíûå ÷èñëà � ýòî ÷èñëà 0, ±1, ±2, ±3, . . .

Page 13: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 14: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 15: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 16: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 17: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 18: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò Äèîôàíòà äî Ãèëüáåðòà

Äèîôàíò æèë � êîãäà?

Page 19: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò Äèîôàíòà äî Ãèëüáåðòà

Äèîôàíò æèë, ñêîðåå âñåãî, â 3-åì âåêå íàøåé ýðû.

Page 20: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò Äèîôàíòà äî Ãèëüáåðòà

Äèîôàíò æèë, ñêîðåå âñåãî, â 3-åì âåêå íàøåé ýðû.

Ãèëüáåðò ñôîðìóëèðîâàë ïðîáëåìû � êîãäà?

Page 21: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò Äèîôàíòà äî Ãèëüáåðòà

Äèîôàíò æèë, ñêîðåå âñåãî, â 3-åì âåêå íàøåé ýðû.

Ãèëüáåðò ñôîðìóëèðîâàë ïðîáëåìû â 1900 ãîäó

Page 22: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 23: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 24: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ìàññîâûå ïðîáëåìû

 ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà

ÿâëÿåòñÿ ìàññîâîé ïðîáëåìîé, òî åñòü ïðîáëåìîé, ñîñòîÿùåé

èç ñ÷åòíîãî ÷èñëà âîïðîñîâ, íà êàæäûé èç êîòîðûõ òðåáóåòñÿ

äàòü îòâåò ÄÀ èëè ÍÅÒ. Ñóòü ìàññîâîé ïðîáëåìû ñîñòîèò â

òðåáîâàíèè íàéòè åäèíûé óíèâåðñàëüíûé ìåòîä, êîòîðûé

ïîçâîëÿë áû îòâåòèòü íà ëþáîé èç ýòèõ âîïðîñîâ.

Ñðåäè äâàäöàòè òð¼õ �Ìàòåìàòè÷åñêèõ ïðîáëåì� Ãèëüáåðòà

10-ÿ ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííîé ìàññîâîé ïðîáëåìîé è îíà ìîæåò

ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ïðîáëåìà èíôîðìàòèêè.

Page 25: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ìàññîâûå ïðîáëåìû

 ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà

ÿâëÿåòñÿ ìàññîâîé ïðîáëåìîé, òî åñòü ïðîáëåìîé, ñîñòîÿùåé

èç ñ÷åòíîãî ÷èñëà âîïðîñîâ, íà êàæäûé èç êîòîðûõ òðåáóåòñÿ

äàòü îòâåò ÄÀ èëè ÍÅÒ. Ñóòü ìàññîâîé ïðîáëåìû ñîñòîèò â

òðåáîâàíèè íàéòè åäèíûé óíèâåðñàëüíûé ìåòîä, êîòîðûé

ïîçâîëÿë áû îòâåòèòü íà ëþáîé èç ýòèõ âîïðîñîâ.

Ñðåäè äâàäöàòè òð¼õ �Ìàòåìàòè÷åñêèõ ïðîáëåì� Ãèëüáåðòà

10-ÿ ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííîé ìàññîâîé ïðîáëåìîé

è îíà ìîæåò

ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ïðîáëåìà èíôîðìàòèêè.

Page 26: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ìàññîâûå ïðîáëåìû

 ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà

ÿâëÿåòñÿ ìàññîâîé ïðîáëåìîé, òî åñòü ïðîáëåìîé, ñîñòîÿùåé

èç ñ÷åòíîãî ÷èñëà âîïðîñîâ, íà êàæäûé èç êîòîðûõ òðåáóåòñÿ

äàòü îòâåò ÄÀ èëè ÍÅÒ. Ñóòü ìàññîâîé ïðîáëåìû ñîñòîèò â

òðåáîâàíèè íàéòè åäèíûé óíèâåðñàëüíûé ìåòîä, êîòîðûé

ïîçâîëÿë áû îòâåòèòü íà ëþáîé èç ýòèõ âîïðîñîâ.

Ñðåäè äâàäöàòè òð¼õ �Ìàòåìàòè÷åñêèõ ïðîáëåì� Ãèëüáåðòà

10-ÿ ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííîé ìàññîâîé ïðîáëåìîé è îíà ìîæåò

ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ïðîáëåìà èíôîðìàòèêè.

Page 27: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ìàññîâûå ïðîáëåìû

 ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà

ÿâëÿåòñÿ ìàññîâîé ïðîáëåìîé, òî åñòü ïðîáëåìîé, ñîñòîÿùåé

èç ñ÷åòíîãî ÷èñëà âîïðîñîâ, íà êàæäûé èç êîòîðûõ òðåáóåòñÿ

äàòü îòâåò ÄÀ èëè ÍÅÒ. Ñóòü ìàññîâîé ïðîáëåìû ñîñòîèò â

òðåáîâàíèè íàéòè åäèíûé óíèâåðñàëüíûé ìåòîä, êîòîðûé

ïîçâîëÿë áû îòâåòèòü íà ëþáîé èç ýòèõ âîïðîñîâ.

Ñðåäè äâàäöàòè òð¼õ �Ìàòåìàòè÷åñêèõ ïðîáëåì� Ãèëüáåðòà

10-ÿ ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííîé ìàññîâîé ïðîáëåìîé è îíà ìîæåò

ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ïðîáëåìà èíôîðìàòèêè.

Page 28: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îòâåò

Ñåãîäíÿ ìû çíàåì, ÷òî 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà ðåøåíèÿ íå

èìååò. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îíà íåðàçðåøèìà êàê ìàññîâàÿ

ïðîáëåìà:

Òåîðåìà (Íåðàçðåøèìîñòü 10-é ïðîáëåìû Ãèëüáåðòà) Íå

ñóùåñòâóåò àëãîðèòìà, êîòîðûé ïî óçíàâàë áû ïî

ïðîèçâîëüíîìó äèîôàíòîâó óðàâíåíèþ, èìååò ëè îíî ðåøåíèÿ.

 ýòîì ñìûñëå ãîâîðÿò îá îòðèöàòåëüíîì ðåøåíèè 10-é

ïðîáëåìû Ãèëüáåðòà.

Page 29: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îòâåò

Ñåãîäíÿ ìû çíàåì, ÷òî 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà ðåøåíèÿ íå

èìååò. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îíà íåðàçðåøèìà êàê ìàññîâàÿ

ïðîáëåìà:

Òåîðåìà (Íåðàçðåøèìîñòü 10-é ïðîáëåìû Ãèëüáåðòà) Íå

ñóùåñòâóåò àëãîðèòìà, êîòîðûé ïî óçíàâàë áû ïî

ïðîèçâîëüíîìó äèîôàíòîâó óðàâíåíèþ, èìååò ëè îíî ðåøåíèÿ.

 ýòîì ñìûñëå ãîâîðÿò îá îòðèöàòåëüíîì ðåøåíèè 10-é

ïðîáëåìû Ãèëüáåðòà.

Page 30: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îòâåò

Ñåãîäíÿ ìû çíàåì, ÷òî 10-ÿ ïðîáëåìà Ãèëüáåðòà ðåøåíèÿ íå

èìååò. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îíà íåðàçðåøèìà êàê ìàññîâàÿ

ïðîáëåìà:

Òåîðåìà (Íåðàçðåøèìîñòü 10-é ïðîáëåìû Ãèëüáåðòà) Íå

ñóùåñòâóåò àëãîðèòìà, êîòîðûé ïî óçíàâàë áû ïî

ïðîèçâîëüíîìó äèîôàíòîâó óðàâíåíèþ, èìååò ëè îíî ðåøåíèÿ.

 ýòîì ñìûñëå ãîâîðÿò îá îòðèöàòåëüíîì ðåøåíèè 10-é

ïðîáëåìû Ãèëüáåðòà.

Page 31: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 32: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 33: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïåðâàÿ íåðàçðåøèìàÿ ìàññîâàÿ ïðîáëåìà â ÷èñòîéìàòåìàòèêå

A. A. Ìàðêîâ (ñûí) Emil L. Post

1903�1979 1897�1954

Page 34: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Recursively enumerable sets of

positive integers and their deci-

sion problems. Bulletin AMS,

50, 284�316 (1944); reprinted

in: The Collected Works of

E. L. Post, Davis, M. (ed),

Birkh�auser, Boston, 1994.

Hilbert's 10th problem �begs for

an unsolvability proof�Emil L. Post

1897�1954

Page 35: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Õðîíîëîãèÿ

I Íà÷àëî 50-õ ãîäîâ: ãèïîòåçà, êîòîðóþ âûäâèíóë Martin

Davis.

I Íà÷àëî 60-õ ãîäîâ: ÷àñòè÷íûé ïðîãðåññ, êîòîðûé äîñòèãëè

Martin Davis, Hilary Putnam è Julia Robinson.

I 1970 ãîä: ïîñëåäíèé øàã ñäåëàë Þ.Ìàòèÿñåâè÷.

Page 36: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Õðîíîëîãèÿ

I Íà÷àëî 50-õ ãîäîâ: ãèïîòåçà, êîòîðóþ âûäâèíóë Martin

Davis.

I Íà÷àëî 60-õ ãîäîâ: ÷àñòè÷íûé ïðîãðåññ, êîòîðûé äîñòèãëè

Martin Davis, Hilary Putnam è Julia Robinson.

I 1970 ãîä: ïîñëåäíèé øàã ñäåëàë Þ.Ìàòèÿñåâè÷.

Page 37: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Õðîíîëîãèÿ

I Íà÷àëî 50-õ ãîäîâ: ãèïîòåçà, êîòîðóþ âûäâèíóë Martin

Davis.

I Íà÷àëî 60-õ ãîäîâ: ÷àñòè÷íûé ïðîãðåññ, êîòîðûé äîñòèãëè

Martin Davis, Hilary Putnam è Julia Robinson.

I 1970 ãîä: ïîñëåäíèé øàã ñäåëàë Þ.Ìàòèÿñåâè÷.

Page 38: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Õðîíîëîãèÿ

I Íà÷àëî 50-õ ãîäîâ: ãèïîòåçà, êîòîðóþ âûäâèíóë Martin

Davis.

I Íà÷àëî 60-õ ãîäîâ: ÷àñòè÷íûé ïðîãðåññ, êîòîðûé äîñòèãëè

Martin Davis, Hilary Putnam è Julia Robinson.

I 1970 ãîä: ïîñëåäíèé øàã ñäåëàë Þ.Ìàòèÿñåâè÷.

Page 39: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

An e-mail

Dear Professor,

you are wrong. I am a brilliant young programmer and

last night I wrote a sophisticated program in Java##.

My program solves Hilbert's tenth problem in the

__positive__ sense. Namely, for every Diophantine

equation given as input, the program will print 1 or 0

depending on whether the equation has a solution or

not.

The attachment contains my ingenious program. You can

run it on your favorite Diophantine equations and see

how fast my program works.

Have a fun, Professor!

Page 40: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

An e-mail

Dear Professor,

you are wrong. I am a brilliant young programmer and

last night I wrote a sophisticated program in Java##.

My program solves Hilbert's tenth problem in the

__positive__ sense. Namely, for every Diophantine

equation given as input, the program will print 1 or 0

depending on whether the equation has a solution or

not.

The attachment contains my ingenious program. You can

run it on your favorite Diophantine equations and see

how fast my program works.

Have a fun, Professor!

Page 41: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ñòóäåíòà

Äëÿ ëþáîãî ìíîãî÷ëåíà M:

S-M = 0

-1, åñëè ñóùåñòâóåò õîòÿ áû îäíî

ðåøåíèå

0, åñëè ðåøåíèé âîîáùå íå ñóùå-

ñòâóåò

Page 42: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 43: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

ÎØÈÁÊÀ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 44: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

ÎØÈÁÊÀ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 45: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 46: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 47: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 48: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 49: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òî÷êà çðåíèÿ ïðîôåññîðà:

Ñóùåñòâóåò ìíîãî÷ëåí MS òàêîé, ÷òî

S-MS = 0

-

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò

1, íî ðåøåíèé íå ñóùåñòâóåò

ÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒ

îñòàíîâêà áåç îòâåòà

íå îñòàíàâëèâàåòñÿè íè÷åãî íå ïå÷àòàåò

Page 50: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-S

-MS = 0

S - ÎØÈÁÊÀ

Page 51: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P

-S

-MS = 0

S - ÎØÈÁÊÀ

Page 52: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-S

-MS = 0

S - ÎØÈÁÊÀ

Page 53: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-S

-MS = 0

S - ÎØÈÁÊÀ

Page 54: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-S

-MS = 0

S -

ÎØÈÁÊÀ

Page 55: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-S

-MS = 0

S - ÎØÈÁÊÀ

Page 56: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-SS-MS = 0 - ÎØÈÁÊÀ

Page 57: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-SS-MS = 0 - ÎØÈÁÊÀ

Ôîðìàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî òîãî,

÷òî S îøèáåòñÿ íà MS

-�

Page 58: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-SS-MS = 0 -

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò1, íî ðåøåíèé íåòÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒîñòàíîâêà áåç îòâåòàíå îñòàíàâëèâàåòñÿ

Ôîðìàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî òîãî,

÷òî S îøèáåòñÿ íà MS

-�

Page 59: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

P-SS-MS = 0 -

0, íî ðåøåíèå ñóùåñòâóåò1, íî ðåøåíèé íåòÄÐÓÃÎÉ ÎÒÂÅÒîñòàíîâêà áåç îòâåòàíå îñòàíàâëèâàåòñÿ

Äîêàçàòåëüñòâî òîãî, ÷òî:

I åñëè S âûäàåò 0, òî óðàâíåíèå

MS = 0 èìååò ðåøåíèå

I åñëè S âûäàåò 1, òî óðàâíåíèå

MS = 0 ðåøåíèé íå èìååò

-�

Page 60: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 61: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 62: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 63: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 64: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äèîôàíòîâû óðàâíåíèÿ

Îïðåäåëåíèå. Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå èìååò âèä

M(x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè.

Äèîôàíò èñêàë ðåøåíèÿ â (ïîëîæèòåëüíûõ) ðàöèîíàëüíûõ

÷èñëàõ

Ãèëüáåðò ñïðàøèâàë ïðî ðåøåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â

öåëûõ ÷èñëàõ

Ìîæíî òàêæå îãðàíè÷èòüñÿ òîëüêî ðåøåíèÿìè â

ïîëîæèòåëüíûõ öåëûõ ÷èñëàõ èëè òîëüêî â íåîòðèöàòåëüíûõ

öåëûõ ÷èñëàõ

Page 65: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Íàòóðàëüíûå ÷èñëà ïðîòèâ öåëûõ

(x + 1)3 + (y + 1)3 = (z + 1)3

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ?

Äà, è ýòî òðèâèàëüíî: y = −1, z = x .

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â íåîòðèöàòåëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ?

Íåò, íå èìååò, íî ýòî íåòðèâèàëüíî (÷àñòíûé ñëó÷àé Âåëèêîé

òåîðåìû Ôåðìà).

Page 66: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Íàòóðàëüíûå ÷èñëà ïðîòèâ öåëûõ

(x + 1)3 + (y + 1)3 = (z + 1)3

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ?

Äà, è ýòî òðèâèàëüíî: y = −1, z = x .

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â íåîòðèöàòåëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ?

Íåò, íå èìååò, íî ýòî íåòðèâèàëüíî (÷àñòíûé ñëó÷àé Âåëèêîé

òåîðåìû Ôåðìà).

Page 67: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Íàòóðàëüíûå ÷èñëà ïðîòèâ öåëûõ

(x + 1)3 + (y + 1)3 = (z + 1)3

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ?

Äà, è ýòî òðèâèàëüíî: y = −1, z = x .

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â íåîòðèöàòåëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ?

Íåò, íå èìååò, íî ýòî íåòðèâèàëüíî (÷àñòíûé ñëó÷àé Âåëèêîé

òåîðåìû Ôåðìà).

Page 68: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Íàòóðàëüíûå ÷èñëà ïðîòèâ öåëûõ

(x + 1)3 + (y + 1)3 = (z + 1)3

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ?

Äà, è ýòî òðèâèàëüíî: y = −1, z = x .

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â íåîòðèöàòåëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ?

Íåò, íå èìååò, íî ýòî íåòðèâèàëüíî (÷àñòíûé ñëó÷àé Âåëèêîé

òåîðåìû Ôåðìà).

Page 69: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Íàòóðàëüíûå ÷èñëà ïðîòèâ öåëûõ

(x + 1)3 + (y + 1)3 = (z + 1)3

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ?

Äà, è ýòî òðèâèàëüíî: y = −1, z = x .

Èìååò ëè ýòî óðàâíåíèå ðåøåíèå â íåîòðèöàòåëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ?

Íåò, íå èìååò, íî ýòî íåòðèâèàëüíî (÷àñòíûé ñëó÷àé Âåëèêîé

òåîðåìû Ôåðìà).

Page 70: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò öåëûõ ÷èñåë ê íàòóðàëüíûì

Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(x1, . . . , xm) = 0

èìååò ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ x1, . . . , xm òîãäà è òîëüêî òîãäà,

êîãäà äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(p1 − q1, . . . , pm − qm) = 0.

èìååò ðåøåíèå â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ p1, . . . , pm, q1, . . . , qm.

Ãîâîðÿò, ÷òî ìàññîâàÿ ïðîáëåìà ðàñïîçíàâàíèÿ ðàçðåøèìîñòè

äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â öåëûõ ÷èñëàõ ñâîäèòñÿ ê ìàññîâîé

ïðîáëåìå ðàñïîçíàâàíèÿ ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ

óðàâíåíèé â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ.

Page 71: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò öåëûõ ÷èñåë ê íàòóðàëüíûì

Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(x1, . . . , xm) = 0

èìååò ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ x1, . . . , xm òîãäà è òîëüêî òîãäà,

êîãäà äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(p1 − q1, . . . , pm − qm) = 0.

èìååò ðåøåíèå â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ p1, . . . , pm, q1, . . . , qm.

Ãîâîðÿò, ÷òî ìàññîâàÿ ïðîáëåìà ðàñïîçíàâàíèÿ ðàçðåøèìîñòè

äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â öåëûõ ÷èñëàõ ñâîäèòñÿ ê ìàññîâîé

ïðîáëåìå ðàñïîçíàâàíèÿ ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ

óðàâíåíèé â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ.

Page 72: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò íàòóðàëüíûõ ÷èñåë ê öåëûì

Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(p1, . . . , pm) = 0

èìååò ðåøåíèå â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ òîãäà è òîëüêî òîãäà,

êîãäà äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(w2

1 + x21 + y21 + z21 , . . . ,w2

m + x2m + y2m + z2m) = 0.

èìååò ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ.

Òåîðåìà (Joseph-Louis Lagrange [1770], çíàë è PierreFermat, íî íå îïóáëèêîâàë) Êàæäîå íàòóðàëüíîå ÷èñëîÿâëÿåòñÿ ñóììîé ÷åòûðåõ êâàäðàòîâ.

Òàêèì îáðàçîì, ìàññîâàÿ ïðîáëåìà ðàñïîçíàâàíèÿ

ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â íàòóðàëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ ñâîäèòñÿ ê ìàññîâîé ïðîáëåìå ðàñïîçíàâàíèÿ

ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â öåëûõ ÷èñëàõ.

Page 73: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò íàòóðàëüíûõ ÷èñåë ê öåëûì

Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(p1, . . . , pm) = 0

èìååò ðåøåíèå â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ òîãäà è òîëüêî òîãäà,

êîãäà äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(w2

1 + x21 + y21 + z21 , . . . ,w2

m + x2m + y2m + z2m) = 0.

èìååò ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ.

Òåîðåìà (Joseph-Louis Lagrange [1770], çíàë è PierreFermat, íî íå îïóáëèêîâàë) Êàæäîå íàòóðàëüíîå ÷èñëîÿâëÿåòñÿ ñóììîé ÷åòûðåõ êâàäðàòîâ.

Òàêèì îáðàçîì, ìàññîâàÿ ïðîáëåìà ðàñïîçíàâàíèÿ

ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â íàòóðàëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ ñâîäèòñÿ ê ìàññîâîé ïðîáëåìå ðàñïîçíàâàíèÿ

ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â öåëûõ ÷èñëàõ.

Page 74: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Îò íàòóðàëüíûõ ÷èñåë ê öåëûì

Äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(p1, . . . , pm) = 0

èìååò ðåøåíèå â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ òîãäà è òîëüêî òîãäà,

êîãäà äèîôàíòîâî óðàâíåíèå

P(w2

1 + x21 + y21 + z21 , . . . ,w2

m + x2m + y2m + z2m) = 0.

èìååò ðåøåíèå â öåëûõ ÷èñëàõ.

Òåîðåìà (Joseph-Louis Lagrange [1770], çíàë è PierreFermat, íî íå îïóáëèêîâàë) Êàæäîå íàòóðàëüíîå ÷èñëîÿâëÿåòñÿ ñóììîé ÷åòûðåõ êâàäðàòîâ.

Òàêèì îáðàçîì, ìàññîâàÿ ïðîáëåìà ðàñïîçíàâàíèÿ

ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â íàòóðàëüíûõ öåëûõ

÷èñëàõ ñâîäèòñÿ ê ìàññîâîé ïðîáëåìå ðàñïîçíàâàíèÿ

ðàçðåøèìîñòè äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé â öåëûõ ÷èñëàõ.

Page 75: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]

10. Ðåøåíèå ïðîáëåìû ðàçðåøèìîñòè äëÿ ïðîèçâîëüíîãîäèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ. Ïóñòü äàíî ïðîèçâîëüíîå

äèîôàíòîâî óðàâíåíèå ñ ïðîèçâîëüíûì ÷èñëîì íåèçâåñòíûõ è

öåëûìè ðàöèîíàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè; òðåáóåòñÿ óêàçàòü

îáùèé ìåòîä, ñëåäóÿ êîòîðîìó ìîæíî áûëî áû â êîíå÷íîå

÷èñëî øàãîâ óçíàòü, èìååò ëè äàííîå óðàâíåíèå ðåøåíèå â

öåëûõ ðàöèîíàëüíûõ ÷èñëàõ èëè íåò.

Page 76: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óðàâíåíèÿ ñ ïàðàìåòðàìè

Ñåìåéñòâî äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé èìååò âèä

M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè, ïåðåìåííûå

êîòîðãî ðàçäåëåíû íà äâå ãðóïïû:

I ïàðàìåòðû a1, . . . ,an;

I íåèçâåñòíûå x1, . . . ,xm.

Ðàññìîòðèì ìíîæåñòâî M òàêîå, ÷òî

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}.

Ìíîæåñòâà, èìåþùèå òàêèå ïðåäñòàâëåíèÿ íàçûâàþòñÿ

äèîôàíòîâûìè.

Page 77: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óðàâíåíèÿ ñ ïàðàìåòðàìè

Ñåìåéñòâî äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé èìååò âèä

M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè, ïåðåìåííûå

êîòîðãî ðàçäåëåíû íà äâå ãðóïïû:

I ïàðàìåòðû a1, . . . ,an;

I íåèçâåñòíûå x1, . . . ,xm.

Ðàññìîòðèì ìíîæåñòâî M òàêîå, ÷òî

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}.

Ìíîæåñòâà, èìåþùèå òàêèå ïðåäñòàâëåíèÿ íàçûâàþòñÿ

äèîôàíòîâûìè.

Page 78: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óðàâíåíèÿ ñ ïàðàìåòðàìè

Ñåìåéñòâî äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé èìååò âèä

M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè, ïåðåìåííûå

êîòîðãî ðàçäåëåíû íà äâå ãðóïïû:

I ïàðàìåòðû a1, . . . ,an;

I íåèçâåñòíûå x1, . . . ,xm.

Ðàññìîòðèì ìíîæåñòâî M òàêîå, ÷òî

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}.

Ìíîæåñòâà, èìåþùèå òàêèå ïðåäñòàâëåíèÿ íàçûâàþòñÿ

äèîôàíòîâûìè.

Page 79: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óðàâíåíèÿ ñ ïàðàìåòðàìè

Ñåìåéñòâî äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé èìååò âèä

M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0,

ãäå M � ìíîãî÷ëåí ñ öåëûìè êîýôôèöèåíòàìè, ïåðåìåííûå

êîòîðãî ðàçäåëåíû íà äâå ãðóïïû:

I ïàðàìåòðû a1, . . . ,an;

I íåèçâåñòíûå x1, . . . ,xm.

Ðàññìîòðèì ìíîæåñòâî M òàêîå, ÷òî

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{M(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}.

Ìíîæåñòâà, èìåþùèå òàêèå ïðåäñòàâëåíèÿ íàçûâàþòñÿ

äèîôàíòîâûìè.

Page 80: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 81: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 82: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 83: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 84: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 85: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 86: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåðû äèîôàíòîâûõ ìíîæåñòâ

I Ìíîæåñòâî âñåõ ïîëíûõ êâàäðàòîâ, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − x2 = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ ñîñòàâíûõ ÷èñåë, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (x1 + 2)(x2 + 2) = 0

I Ìíîæåñòâî âñåõ íåñòåïåíåé ÷èñëà 2, ïðåäñòàâëåíî

óðàâíåíèåì

a − (2x1 + 3)x2 = 0

Page 87: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà Äèîôàíòà

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{P(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}

D-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

for (y=0;;y++)

for (x1=0;x1<y;x1++)

........................

for (xm=0;xm<y;xm++)

if (P(a1,...,an,x1,...,xm)=0) STOP

Page 88: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà Äèîôàíòà

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{P(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}

D-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

for (y=0;;y++)

for (x1=0;x1<y;x1++)

........................

for (xm=0;xm<y;xm++)

if (P(a1,...,an,x1,...,xm)=0) STOP

Page 89: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà Äèîôàíòà

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{P(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}

D-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

for (y=0;;y++)

for (x1=0;x1<y;x1++)

........................

for (xm=0;xm<y;xm++)

if (P(a1,...,an,x1,...,xm)=0) STOP

Page 90: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà Äèîôàíòà

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{P(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}

D-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

for (y=0;;y++)

for (x1=0;x1<y;x1++)

........................

for (xm=0;xm<y;xm++)

if (P(a1,...,an,x1,...,xm)=0) STOP

Page 91: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïåðå÷èñëèìûå ìíîæåñòâà

Îïðåäåëåíèå. Ìíîæåñòâî M, ñîñòîÿùåå èç n-îê íàòóðàëüíûõ

÷èñåë íàçûâàåòñÿ ïåðå÷èñëèìûì, åñëè ìîæíî íàïèñàòü

ïðîãðàììó R, òàêóþ ÷òî

R-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

Ýêâèâàëåíòíîå îïðåäåëåíèå. Ìíîæåñòâî M, ñîñòîÿùåå èç

n-îê íàòóðàëüíûõ ÷èñåë íàçûâàåòñÿ ïåðå÷èñëèìûì, åñëè

ìîæíî íàïèñàòü ïðîãðàììó P êîòîðàÿ (ðàáîòàÿ áåñêîíå÷íî

äîëãî) áóäåò ïå÷àòàòü òîëüêî ýëåìåíòû ìíîæåñòâà M è

íàïå÷àòàåò êàæäîå èç íèõ, áûòü ìîæåò, ìíîãî ðàç.

Page 92: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïåðå÷èñëèìûå ìíîæåñòâà

Îïðåäåëåíèå. Ìíîæåñòâî M, ñîñòîÿùåå èç n-îê íàòóðàëüíûõ

÷èñåë íàçûâàåòñÿ ïåðå÷èñëèìûì, åñëè ìîæíî íàïèñàòü

ïðîãðàììó R, òàêóþ ÷òî

R-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

Ýêâèâàëåíòíîå îïðåäåëåíèå. Ìíîæåñòâî M, ñîñòîÿùåå èç

n-îê íàòóðàëüíûõ ÷èñåë íàçûâàåòñÿ ïåðå÷èñëèìûì, åñëè

ìîæíî íàïèñàòü ïðîãðàììó P êîòîðàÿ (ðàáîòàÿ áåñêîíå÷íî

äîëãî) áóäåò ïå÷àòàòü òîëüêî ýëåìåíòû ìíîæåñòâà M è

íàïå÷àòàåò êàæäîå èç íèõ, áûòü ìîæåò, ìíîãî ðàç.

Page 93: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïåðå÷èñëèìûå ìíîæåñòâà

Îïðåäåëåíèå. Ìíîæåñòâî M, ñîñòîÿùåå èç n-îê íàòóðàëüíûõ

÷èñåë íàçûâàåòñÿ ïåðå÷èñëèìûì, åñëè ìîæíî íàïèñàòü

ïðîãðàììó R, òàêóþ ÷òî

R-〈a1, . . . , an〉 -îñòàíîâêà, åñëè 〈a1, . . . , an〉 ∈M

âå÷íàÿ ðàáîòà â ïðîòèâíîì ñëó÷àå

Ýêâèâàëåíòíîå îïðåäåëåíèå. Ìíîæåñòâî M, ñîñòîÿùåå èç

n-îê íàòóðàëüíûõ ÷èñåë íàçûâàåòñÿ ïåðå÷èñëèìûì, åñëè

ìîæíî íàïèñàòü ïðîãðàììó P êîòîðàÿ (ðàáîòàÿ áåñêîíå÷íî

äîëãî) áóäåò ïå÷àòàòü òîëüêî ýëåìåíòû ìíîæåñòâà M è

íàïå÷àòàåò êàæäîå èç íèõ, áûòü ìîæåò, ìíîãî ðàç.

Page 94: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Âòîðàÿ ïðîãðàììà Äèîôàíòà

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{P(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}

for (y=0;;y++)

for (a1=0;a1<y;a1++)

.......................

for (an=0;an<y;an++)

for (x1=0;x1<y;x1++)

........................

for (xm=0;xm<y;xm++)

if (P(a1,...,an,x1,...,xm)=0)

print(a1,...,an)

Page 95: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Âòîðàÿ ïðîãðàììà Äèîôàíòà

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒∃x1 . . . xm{P(a1, . . . , an, x1, . . . , xm) = 0}

for (y=0;;y++)

for (a1=0;a1<y;a1++)

.......................

for (an=0;an<y;an++)

for (x1=0;x1<y;x1++)

........................

for (xm=0;xm<y;xm++)

if (P(a1,...,an,x1,...,xm)=0)

print(a1,...,an)

Page 96: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåð

P(a1, x1, x2) = a1 − (x1 + 2)(x2 + 2)

for y do

for a1 to y do

for x1 to y do

for x2 to y do

if a1 - (x1 + 2)*(x2 + 2)=0 then

print(a1) �

od od od od

4, 4, 4, 6, 6, 4, 6, 6, 4, 6, 6, 8, 8, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 4, 6, 6, 8, 8, 9,

10, 10, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10, 12, 12, 12,

12, 4, 6, 6,. . .

Page 97: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåð

P(a1, x1, x2) = a1 − (x1 + 2)(x2 + 2)

for y do

for a1 to y do

for x1 to y do

for x2 to y do

if a1 - (x1 + 2)*(x2 + 2)=0 then

print(a1) �

od od od od

4, 4, 4, 6, 6, 4, 6, 6, 4, 6, 6, 8, 8, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 4, 6, 6, 8, 8, 9,

10, 10, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10, 12, 12, 12,

12, 4, 6, 6,. . .

Page 98: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðèìåð

P(a1, x1, x2) = a1 − (x1 + 2)(x2 + 2)

for y do

for a1 to y do

for x1 to y do

for x2 to y do

if a1 - (x1 + 2)*(x2 + 2)=0 then

print(a1) �

od od od od

4, 4, 4, 6, 6, 4, 6, 6, 4, 6, 6, 8, 8, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 4, 6, 6, 8, 8, 9,

10, 10, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10, 4, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 10, 12, 12, 12,

12, 4, 6, 6,. . .

Page 99: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ãèïîòåçà Martin'a Davis'à

Òðèâèàëüíûé ôàêò. Êàæäîå äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ

ïåðå÷èñëèìûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à (íà÷àëî 50-õ). Êàæäîå ïåðå÷èñëèìîåìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ äèîôàíòîâûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à áûëà äîêàçàíà â 1970 ãîäó.

DPRM-òåîðåìà. Ïîíÿòèÿ ïåðå÷èñëèìîå ìíîæåñòâî è

äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ñîâïàäàþò.

Davis-Putnam-Robinson-Ìàòèÿñåâè÷

Page 100: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ãèïîòåçà Martin'a Davis'à

Òðèâèàëüíûé ôàêò. Êàæäîå äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ

ïåðå÷èñëèìûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à (íà÷àëî 50-õ). Êàæäîå ïåðå÷èñëèìîåìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ äèîôàíòîâûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à áûëà äîêàçàíà â 1970 ãîäó.

DPRM-òåîðåìà. Ïîíÿòèÿ ïåðå÷èñëèìîå ìíîæåñòâî è

äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ñîâïàäàþò.

Davis-Putnam-Robinson-Ìàòèÿñåâè÷

Page 101: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ãèïîòåçà Martin'a Davis'à

Òðèâèàëüíûé ôàêò. Êàæäîå äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ

ïåðå÷èñëèìûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à (íà÷àëî 50-õ). Êàæäîå ïåðå÷èñëèìîåìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ äèîôàíòîâûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à áûëà äîêàçàíà â 1970 ãîäó.

DPRM-òåîðåìà. Ïîíÿòèÿ ïåðå÷èñëèìîå ìíîæåñòâî è

äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ñîâïàäàþò.

Davis-Putnam-Robinson-Ìàòèÿñåâè÷

Page 102: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ãèïîòåçà Martin'a Davis'à

Òðèâèàëüíûé ôàêò. Êàæäîå äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ

ïåðå÷èñëèìûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à (íà÷àëî 50-õ). Êàæäîå ïåðå÷èñëèìîåìíîæåñòâî ÿâëÿåòñÿ äèîôàíòîâûì.

Ãèïîòåçà M. Davis'à áûëà äîêàçàíà â 1970 ãîäó.

DPRM-òåîðåìà. Ïîíÿòèÿ ïåðå÷èñëèìîå ìíîæåñòâî è

äèîôàíòîâî ìíîæåñòâî ñîâïàäàþò.

Davis-Putnam-Robinson-Ìàòèÿñåâè÷

Page 103: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïåðå÷èñëåíèå äèîôàíòîâûõ óðàâíåíèé

M1(a, x̄) = 0, . . . , Mk(a, x̄) = 0, . . .

Page 104: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . , Mk(a, x̄) = 0, . . .

Page 105: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

Page 106: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

Page 107: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

Page 108: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS

Page 109: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS

Page 110: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MS(k , x̄) = 0}

Page 111: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

Page 112: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0)

Page 113: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) =?

Page 114: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) = 0

Page 115: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) = 0 ⇒ kS ∈MS

Page 116: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) = 0 ⇒ kS ∈MS ⇒ ∃x̄{MkS (kS , x̄) = 0}

Page 117: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) = 1

Page 118: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?

S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) = 1 ⇒ kS 6∈MS

Page 119: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Ïðîãðàììà ïðîôåññîðà

Ãåíåðàòîð óðàâíåíèé

?

M1(a, x̄) = 0, . . . ,

?

Mk(a, x̄) = 0, . . .?

. . . . . .S(M1(1, x̄) = 0) S(Mk(k , x̄) = 0)

? ?

if S outputs 0then print(1)

if S outputs 0then print(k). . . . . .

? ?S(Mk(k , x̄) = 0) = 0 ⇔ k ∈MS ⇔ ∃x̄{MkS (k , x̄) = 0}

S(MkS (kS , x̄) = 0) = 1 ⇒ kS 6∈MS ⇒ ¬∃x̄{MkS (kS , x̄) = 0}

Page 120: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óíèâåðñàëüíîå óðàâíåíèå

Ñïèñîê âñåõ îäíîïàðàìåòðè÷åñêèõ óðàâíåíèé:

M1(a, x1, . . . ) = 0, . . . ,Mk(a, x1, . . . ) = 0, . . .

〈a, k〉 ∈ U⇔ ∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0}

〈a, k〉 ∈ U ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0} ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

Page 121: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óíèâåðñàëüíîå óðàâíåíèå

Ñïèñîê âñåõ îäíîïàðàìåòðè÷åñêèõ óðàâíåíèé:

M1(a, x1, . . . ) = 0, . . . ,Mk(a, x1, . . . ) = 0, . . .

〈a, k〉 ∈ U⇔ ∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0}

〈a, k〉 ∈ U ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0} ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

Page 122: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óíèâåðñàëüíîå óðàâíåíèå

Ñïèñîê âñåõ îäíîïàðàìåòðè÷åñêèõ óðàâíåíèé:

M1(a, x1, . . . ) = 0, . . . ,Mk(a, x1, . . . ) = 0, . . .

〈a, k〉 ∈ U⇔ ∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0}

〈a, k〉 ∈ U ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0} ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

Page 123: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óíèâåðñàëüíîå óðàâíåíèå

Ñïèñîê âñåõ îäíîïàðàìåòðè÷åñêèõ óðàâíåíèé:

M1(a, x1, . . . ) = 0, . . . ,Mk(a, x1, . . . ) = 0, . . .

〈a, k〉 ∈ U⇔ ∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0}

〈a, k〉 ∈ U ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0} ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

Page 124: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Óíèâåðñàëüíîå óðàâíåíèå

Ñïèñîê âñåõ îäíîïàðàìåòðè÷åñêèõ óðàâíåíèé:

M1(a, x1, . . . ) = 0, . . . ,Mk(a, x1, . . . ) = 0, . . .

〈a, k〉 ∈ U⇔ ∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0}

〈a, k〉 ∈ U ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

∃x1, . . . {Mk(a, x1, . . . ) = 0} ⇔ ∃y1 . . . yn{U(a, k , y1, . . . , yn) = 0}

Page 125: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Òåêóùèå ðåêîðäû

Çàäà÷à î ðåøåíèè ïðîèçâîëüíîãî ïàðàìåòðè÷åñêîãî

äèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ ìîæåò áûòü ñâåäåíà ê ðåøåíèþ

ýêâèâàëåíòíîãî äèîôàíòîâà óðàâíåíèÿ, èìåþùåãî ñòåïåíü D è

N íåèçâåñòíûõ, ãäå â êà÷åñòâå 〈D,N〉 ìîæíî âçÿòü ëþáóþ èç

ñëåäóþùèõ ïàð:

〈4, 58〉, 〈8, 38〉, 〈12, 32〉, 〈16, 29〉, 〈20, 28〉, 〈24, 26〉, 〈28, 25〉, 〈36, 24〉,〈96, 21〉, 〈2668, 19〉, 〈2× 105, 14〉, 〈6.6× 1043, 13〉, 〈1.3× 1044, 12〉,

〈4.6× 1044, 11〉, 〈8.6× 1044, 10〉, 〈1.6× 1045, 9〉.

Page 126: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Íåïðîñòîé ìíîãî÷ëåí äëÿ ïðîñòûõ ÷èñåëÒåîðåìà (J.P.Jones, D.Sato, H.Wada, D.Wiens, [1976])Ìíîæåñòâî âñåõ ïðîñòûõ ÷èñåë � ýòî â òî÷íîñòè ìíîæåñòâîâñåõ ïîëîæèòåëüíûõ çíà÷åíèé, ïðèíèìàåìûõ ìíîãî÷ëåíîì

(k + 2) { 1 −[wz + h + j − q]2

− [(gk + 2g + k + 1)(h + j) + h − z]2

− [2n + p + q + z − e]2

−[16(k + 1)3(k + 2)(n + 1)2 + 1− f 2

]2−

[e3(e + 2)(a + 1)2 + 1− o2

]2−

[(a2 − 1)y2 + 1− x2

]2−

[16r2y4(a2 − 1) + 1− u2

]2 − [n + l + v − y ]2

−[(

(a + u2(u2 − a))2 − 1)(n + 4dy)2 + 1− (x + cu)2

]2−

[(a2 − 1)l2 + 1−m2

]2−

[q + y(a− p − 1) + s(2ap + 2a− p2 − 2p − 2)− x

]2−

[z + pl(a− p) + t(2ap − p2 − 1)− pm

]2− [ai + k + 1− l − i ]2

−[p + l(a− n − 1) + b(2an + 2a− n2 − 2n − 2)−m

]2 }ïðè íàòóðàëüíûõ çíà÷åíèÿõ 26 ïåðåìåííûõ a, b, c, . . . , x , y , z.

Page 127: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]Âìåñòå ñ òåì áûâàåò è òàê, ÷òî ìû äîáèâàåìñÿ îòâåòà ïðè íåäîñòàòî÷-

íûõ ïðåäïîñûëêàõ, èëè èäÿ â íåïðàâèëüíîì íàïðàâëåíèè, è âñëåäñòâèè ýòîãî

íå äîñòèãàåì öåëè. Òîãäà âîçíèêàåò çàäà÷à äîêàçàòü íåðàçðåøèìîñòü äàí-

íîé ïðîáëåìû ïðè ïðèíÿòûõ ïðåäïîñûëêàõ è âûáðàííîì íàïðàâëåíèè. Òàêèå

äîêàçàòåëüñòâà íåâîçìîæíîñòè ïðîâîäèëèñü åùå ñòàðûìè ìàòåìàòèêàìè, íà-

ïðèìåð, êîãäà îíè îáíàðóæèâàëè, ÷òî îòíîøåíèå ãèïîòåíóçû ðàâíîáåäðåí-

íîãî ïðÿìîóãîëüíîãî òðåóãîëüíèêà ê åãî êàòåòó åñòü èððàöèîíàëüíîå ÷èñëî.

 íîâåéøåé ìàòåìàòèêå äîêàçàòåëüñòâà íåâîçìîæíîñòè ðåøåíèé îïðåäåëåí-

íûõ ïðîáëåì èãðàþò âûäàþùóþñÿ ðîëü; òàì ìû êîíñòàòèðóåì, ÷òî òàêèå

ñòàðûå è òðóäíûå ïðîáëåìû, êàê äîêàçàòåëüñòâî àêñèîìû î ïàðàëëåëüíûõ,

êàê êâàäðàòóðà êðóãà èëè ðåøåíèå óðàâíåíèÿ ïÿòîé ñòåïåíè â ðàäèêàëàõ,

ïîëó÷èëè âñå æå ñòðîãîå, âïîëíå óäîâëåòâîðÿþùåå íàñ ðåøåíèå, õîòÿ è â

äðóãîì íàïðàâëåíèè, ÷åì òî, êîòîðîå ñíà÷àëà ïðåäïîëàãàëîñü.

Ýòîò óäèâèòåëüíûé ôàêò íàðÿäó ñ äðóãèìè ôèëîñîôñêèìè îñíîâàíèÿìè

ñîçäàåò ó íàñ óâåðåííîñòü, êîòîðóþ ðàçäåëÿåò, íåñîìíåííî, êàæäûé ìàòåìà-

òèê, íî êîòîðóþ äî ñèõ ïîð íèêòî íå ïîäòâåðäèë äîêàçàòåëüñòâîì, � óâåðåí-

íîñòü â òîì, ÷òî êàæäàÿ îïðåäåëåííàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ ïðîáëåìà íåïðåìåííî

äîëæíà áûòü äîñòóïíà ñòðîãîìó ðåøåíèþ èëè â òîì ñìûñëå, ÷òî óäàåòñÿ ïî-

ëó÷èòü îòâåò íà ïîñòàâëåííûé âîïðîñ, èëè æå â òîì ñìûñëå, ÷òî áóäåò óñòà-

íîâëåíà íåâîçìîæíîñòü åå ðåøåíèÿ è âìåñòå ñ òåì äîêàçàíà íåèçáåæíîñòü

íåóäà÷è âñåõ ïîïûòîê åå ðåøèòü.

Page 128: Юрий Владимирович Матиясевич. Десятая проблема Гильберта. Решение и применения в информатике. Лекция

Äàâèä Ãèëüáåðò, �Ìàòåìàòè÷åñêèå ïðîáëåìû� , [1900]Âìåñòå ñ òåì áûâàåò è òàê, ÷òî ìû äîáèâàåìñÿ îòâåòà ïðè íåäîñòàòî÷-

íûõ ïðåäïîñûëêàõ, èëè èäÿ â íåïðàâèëüíîì íàïðàâëåíèè, è âñëåäñòâèè ýòîãî

íå äîñòèãàåì öåëè. Òîãäà âîçíèêàåò çàäà÷à äîêàçàòü íåðàçðåøèìîñòü äàí-

íîé ïðîáëåìû ïðè ïðèíÿòûõ ïðåäïîñûëêàõ è âûáðàííîì íàïðàâëåíèè. Òàêèå

äîêàçàòåëüñòâà íåâîçìîæíîñòè ïðîâîäèëèñü åùå ñòàðûìè ìàòåìàòèêàìè, íà-

ïðèìåð, êîãäà îíè îáíàðóæèâàëè, ÷òî îòíîøåíèå ãèïîòåíóçû ðàâíîáåäðåí-

íîãî ïðÿìîóãîëüíîãî òðåóãîëüíèêà ê åãî êàòåòó åñòü èððàöèîíàëüíîå ÷èñëî.

 íîâåéøåé ìàòåìàòèêå äîêàçàòåëüñòâà íåâîçìîæíîñòè ðåøåíèé îïðåäåëåí-

íûõ ïðîáëåì èãðàþò âûäàþùóþñÿ ðîëü; òàì ìû êîíñòàòèðóåì, ÷òî òàêèå

ñòàðûå è òðóäíûå ïðîáëåìû, êàê äîêàçàòåëüñòâî àêñèîìû î ïàðàëëåëüíûõ,

êàê êâàäðàòóðà êðóãà èëè ðåøåíèå óðàâíåíèÿ ïÿòîé ñòåïåíè â ðàäèêàëàõ,

ïîëó÷èëè âñå æå ñòðîãîå, âïîëíå óäîâëåòâîðÿþùåå íàñ ðåøåíèå, õîòÿ è â

äðóãîì íàïðàâëåíèè, ÷åì òî, êîòîðîå ñíà÷àëà ïðåäïîëàãàëîñü.

Ýòîò óäèâèòåëüíûé ôàêò íàðÿäó ñ äðóãèìè ôèëîñîôñêèìè îñíîâàíèÿìè

ñîçäàåò ó íàñ óâåðåííîñòü, êîòîðóþ ðàçäåëÿåò, íåñîìíåííî, êàæäûé ìàòåìà-

òèê, íî êîòîðóþ äî ñèõ ïîð íèêòî íå ïîäòâåðäèë äîêàçàòåëüñòâîì, � óâåðåí-

íîñòü â òîì, ÷òî êàæäàÿ îïðåäåëåííàÿ ìàòåìàòè÷åñêàÿ ïðîáëåìà íåïðåìåííî

äîëæíà áûòü äîñòóïíà ñòðîãîìó ðåøåíèþ èëè â òîì ñìûñëå, ÷òî óäàåòñÿ ïî-

ëó÷èòü îòâåò íà ïîñòàâëåííûé âîïðîñ, èëè æå â òîì ñìûñëå, ÷òî áóäåò óñòà-

íîâëåíà íåâîçìîæíîñòü åå ðåøåíèÿ è âìåñòå ñ òåì äîêàçàíà íåèçáåæíîñòü

íåóäà÷è âñåõ ïîïûòîê åå ðåøèòü.