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解法: MRDP定理:ディオファントス集合は帰納的可算集合と一致する(1970年)

ステップ 4/9: Julia RobinsonのJR仮説:一つの成長エンジンで十分である
ざっくり言うと

すでに1950年代初頭、Julia Robinsonは概略として、まだそれが存在することを証明しないまま、欠けていた要素を見出していた:uu と vv という二つの数の間に、vv が uu の任意の固定されたべき乗よりもはるかに速く爆発的に大きくなることを強いるディオファントス関係を一つでも見つけられれば、その単一の「成長エンジン」は巧妙な代数的な工夫によって再利用できる。

その一つの関係から、Robinsonはべき乗そのものがディオファントスになることを示した。べき乗から二項係数と階乗が続き、それらすべてが揃えば、任意のコンピュータプログラムの段階的な振る舞いを符号化するのに十分な道具立てとなる。これは彼女のイニシャルにちなんでJR仮説として知られるようになった。

JR: ∃ Diophantine R(u,v), v=uf(u), f→∞  ⟹  exponentiation, (nk),n! all Diophantine\text{JR: } \exists \text{ Diophantine } R(u,v),\ v=u^{f(u)},\ f \to \infty \implies \text{exponentiation, } \binom{n}{k}, n! \text{ all Diophantine}
詳しい解説

Julia Robinsonは1950年から52年頃、JR仮説を特定した:vv が uu に対して少なくとも指数的に増大する組についてのみ成り立つディオファントス関係 R(u,v)R(u,v) の存在である(R(u,v)R(u,v) が成り立つのはちょうどそのような組のときであり、具体的には v≤uuv \le u^u であり、任意の kk について、RR を満たすある組では最終的に v>ukv > u^k となる)。これに加え、その関係自体がディオファントス演算のもとでうまく振る舞うことを保証するいくつかの閉包条件も伴う。

彼女は、JRを満たす関係が一つでも存在すれば、ますますなじみ深い演算が次々にディオファントスになっていく連鎖が生じることを証明した:まず単純なべき乗 v=uwv = u^w、次に二項係数関数、そして階乗関数 n!n! であり、それぞれが前のものを構成要素として用いたディオファントス的定義として構築される。これにより、Davisの予想の残る困難全体が、単一の鋭く定義された技術的目標に帰着した:指数的増大を持つ真にディオファントスな関係をただ一つ提示することである。

Pell方程式 x2−(a2−1)y2=1x^2 - (a^2-1)y^2 = 1(その解はすでに指数的に増大する)を用いたRobinson自身の試みは、1950年代から60年代を通じてもどかしいほど近づいたが、隙間を完全に埋めることはできなかった。次のステップでは、1961年にDavis、Putnam、Robinsonが力を合わせ、JRそのものなしに議論をどこまで押し進められるかを説明する。

このステップの用語
ペル方程式
固定された非平方数の整数 dd に対する x2−dy2=1x^2 - dy^2 = 1 という形の方程式のこと。その解は構造化された指数的に増大する数列をなし、速い成長を持つディオファントス関係の自然な候補源となる。
このステップで使う知識