Lời giải: Chứng minh chặt chẽ có máy tính hỗ trợ của Tucker bằng số học khoảng (1999)
Số học máy tính thông thường lưu một số thực dưới dạng xấp xỉ và chỉ đơn giản hy vọng sai số làm tròn không gây rắc rối; qua hàng triệu bước cần thiết để theo dõi một dòng chảy hỗn loạn, hy vọng đó là vô căn cứ. Số học khoảng thay vào đó biểu diễn mọi đại lượng không phải như một số xấp xỉ đơn lẻ mà như một khoảng đảm bảo chắc chắn chứa giá trị thực, và mọi phép toán (cộng, nhân, tính giá trị một hàm) được định nghĩa lại để trả ra một khoảng mới, vẫn được đảm bảo, phủ mọi kết quả khả dĩ.
Cái giá phải trả là các khoảng có xu hướng rộng ra sau mỗi phép toán trừ khi ta cẩn thận; thành quả là bất kỳ đáp án cuối cùng nào ra đời không phải là một phỏng đoán mà là một sự kiện được chứng thực toán học — chính xác là thành phần cần thiết để biến một mô phỏng số học thành một chứng minh chặt chẽ.
Số học khoảng thay mỗi số thực trong một tính toán bằng một khoảng compact đảm bảo chứa nó, và định nghĩa lại các phép toán số học sao cho, ví dụ, và tương tự (với việc chia trường hợp phù hợp theo dấu) cho phép nhân và các phép toán khác; áp dụng một phiên bản mở rộng khoảng của một hàm cho một đối số khoảng đảm bảo tạo ra một khoảng chứa miền giá trị thực của hàm trên đối số đó. Ghép các phép toán như vậy lại, toàn bộ một thuật toán số học (ở đây, một bộ tích phân chuỗi Taylor bậc cao để giải các phương trình vi phân Lorenz) có thể chạy trên các đầu vào giá trị khoảng để tạo ra các đầu ra giá trị khoảng, được chứng thực toán học, với cái giá là các khoảng rộng ra hơn phần nào so với sai số dấu phẩy động thực ở mỗi bước ("hiệu ứng bao bọc" nổi tiếng, được kiểm soát trong thực tế bằng các kỹ thuật như phương pháp Lohner).
Kỹ thuật này, phát triển từ những năm 1960 trở đi (Ramon Moore) và được tinh chỉnh cho tích phân phương trình vi phân chặt chẽ bởi các tác giả bao gồm Lohner và Neumaier, chính xác là điều cho phép một chương trình máy tính hữu hạn, dấu phẩy động tạo ra một kết luận chặt chẽ về mặt toán học: thay vì theo dõi xấp xỉ một quỹ đạo duy nhất, cài đặt của Tucker theo dõi toàn bộ các hộp nhỏ (tích của các khoảng) điều kiện ban đầu và ảnh đảm bảo của chúng dưới dòng chảy, nên bất kỳ khẳng định nào được chứng minh về nơi một hộp điểm có thể kết thúc đều là một định lý được chứng thực, không phải một quan sát số học.
Với công cụ này sẵn có, phần còn lại của chứng minh Tucker (bên ngoài khối lập phương nhỏ được xử lý giải tích ở các bước trước) tiến hành bằng tính toán khoảng chặt chẽ thay vì mô phỏng suy nghiệm.
- Hiệu ứng bao bọc
- Một nguồn ước lượng thừa đã biết trong tính toán khoảng: biểu diễn ảnh thực (thường cong, xoay) của một miền bằng một hộp thẳng theo trục có xu hướng bao luôn cả các điểm dư, giả, và phần dư này có thể tích lũy qua nhiều bước nếu không được kiểm soát riêng.