Bài toán mở, Phương trình vi phân và Hệ động lực, Hình học, nêu năm 1900
Bài toán thứ mười sáu của Hilbert
Bài toán gồm hai phần: (1) Xác định các vị trí tương đối có thể có của các thành phần liên thông (các đường trái xoan) của một đường cong đại số thực không kỳ dị bậc trong (và của một mặt đại số thực trong ). (2) Với hệ phương trình vi phân đa thức phẳng , trong đó là các đa thức thực có bậc tối đa , hãy xác định liệu có một chặn trên đều hữu hạn cho số lượng chu trình giới hạn (quỹ đạo tuần hoàn cô lập) hay không, đồng thời mô tả vị trí tương đối có thể có của chúng.
Tính đến năm 2026, bài toán thứ mười sáu của Hilbert vẫn còn để ngỏ. Ở phần thứ hai về hệ động lực (cũng là bài toán thứ 13 của Smale), câu hỏi hữu hạn cho từng hệ riêng lẻ — liệu một trường vectơ đa thức , đơn lẻ có thể có vô hạn chu trình giới hạn hay không — đã được giải quyết theo chiều phủ định bởi Yulij Ilyashenko (1991) và Jean Écalle (1992), hai ông đã khắc phục lỗ hổng phát hiện năm 1981 trong chuyên khảo năm 1923 của Dulac bằng cách chứng minh chu trình giới hạn không thể tụ lại trên một đa chu trình (polycycle). Tuy nhiên, chặn đều — cận trên đúng của số chu trình giới hạn lấy trên mọi hệ đa thức bậc — vẫn chưa biết có hữu hạn hay không với bất kỳ nào. Ngay cả với hệ bậc hai (), nơi Thi Tùng Linh (1980) đã dựng một ví dụ có 4 chu trình giới hạn và giả thuyết được tin rộng rãi, chương trình Dumortier–Roussarie–Rousseau quy việc chứng minh về kiểm tra tính chu trình hữu hạn của 121 đồ hình suy biến trên mặt cầu Poincaré vẫn chưa hoàn tất. Chặn dưới cho tổng quát tăng ít nhất cỡ (Christopher–Lloyd, 1995). Ở phần thứ nhất về hình học đại số thực, các cấu hình đồng luân của đường cong phẳng không kỳ dị đã được phân loại hoàn toàn tới bậc , còn từ bậc trở lên vẫn đang mở.
Kết quả tốt nhất đã biết
- Mỗi trường vectơ đa thức phẳng riêng lẻ chỉ có hữu hạn chu trình giới hạn (Ilyashenko, 1991; Écalle, 1992).
- Với hệ bậc hai, (Thi Tùng Linh, 1980), và với bậc tổng quát, (Christopher–Lloyd, 1995), trong khi vẫn chưa biết với mọi .
- Ở phần thứ nhất, cách sắp xếp các đường trái xoan của đường cong phẳng xạ ảnh thực không kỳ dị đã được phân loại hoàn toàn tới bậc nhờ các đồng dư Arnold–Rokhlin–Kharlamov và phương pháp ghép mảnh của Viro (1980).
Công cụ và chỗ dừng
| Công cụ | Đạt được | Chỗ dừng |
|---|---|---|
| Chuẩn hóa hình quạt và hàm hồi sinh (Ilyashenko, Écalle) | Phân tích ánh xạ quay lại Dulac gần một đa chu trình bằng chuỗi tiệm cận miền phức và siêu chuỗi hồi sinh của Écalle, chứng minh các điểm bất động của nó không thể tụ lại và nhờ đó giải quyết tính hữu hạn cho từng hệ riêng lẻ. | Lập luận không tụ lại mang tính định tính và phụ thuộc vào từng trường vectơ riêng lẻ; nó suy biến khi tham số tiến tới quỹ tích rẽ nhánh và không cho chặn đều trên toàn không gian tham số. |
| Tính chu trình hữu hạn và phép nổ các đồ hình suy biến (Dumortier–Roussarie–Rousseau) | Compắc hóa không gian tham số của các trường vectơ bậc hai () và quy việc chứng minh về việc chỉ ra rằng 121 tập tuần hoàn giới hạn (đồ hình) cụ thể mỗi tập chỉ rẽ nhánh ra hữu hạn chu trình giới hạn. | Một số đồ hình suy biến phức tạp nhất trong 121 trường hợp vẫn kháng cự lại phép nổ lặp, và số lượng trường hợp bùng nổ tổ hợp ngay khi bậc . |
Câu hỏi còn mở
- Số Hilbert cho các trường vectơ bậc hai phẳng có hữu hạn hay không, và liệu nó có đúng bằng 4?
- Phân loại đầy đủ các cấu hình đồng luân của đường trái xoan cho đường cong phẳng thực không kỳ dị bậc là gì?
Tài liệu tham khảo
- David Hilbert (1900). Mathematische Probleme
- Yulij S. Ilyashenko (1991). Finiteness theorems for limit cycles
- Jean Écalle (1992). Introduction aux fonctions analysables et preuve constructive de la conjecture de Dulac
- Yulij Ilyashenko (2002). Centennial history of Hilbert's 16th problem · DOI:10.1090/s0273-0979-02-00946-1