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解法:MRDP定理:丢番图集合恰为递归可枚举集合(1970年)

第 4/9 步:朱莉娅·鲁滨逊的JR假设:一台增长引擎就够了
通俗地说

早在1950年代初,朱莉娅·鲁滨逊就已经勾勒出所缺的要素,尽管尚未证明它存在:只要能找到一个数 uu 与 vv 之间的丢番图关系,迫使 vv 的增长速度远快于 uu 的任意固定次幂,那么这唯一的“增长引擎”就可以通过巧妙的代数技巧反复利用。

从这一个关系出发,鲁滨逊证明了幂运算本身会变成丢番图的;由幂运算出发,二项式系数与阶乘也随之而来;有了这一切工具,就足以编码任意计算机程序逐步执行的行为。这后来被称为JR假设,以她姓名的首字母命名。

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}
详细分析

朱莉娅·鲁滨逊在1950到1952年前后确定了JR假设:存在一个丢番图关系 R(u,v)R(u,v),使得只有当 vv 相对 uu 至少呈指数增长的那些数对才满足 R(u,v)R(u,v)(具体来说,v≤uuv \le u^u,并且对每个 kk,满足 RR 的某些数对最终会有 v>ukv > u^k),再加上一些封闭性条件,以保证该关系本身在丢番图运算下表现良好。

她证明了,只要存在满足JR的任意一个关系,一连串越来越熟悉的运算就会依次变成丢番图的:先是普通的幂运算 v=uwv = u^w,然后是二项式系数函数,再然后是阶乘函数 n!n!,每一个都以前一个为构件,构造成一个丢番图定义。这就把戴维斯猜想剩余的全部困难,归约为一个单一、明确界定的技术目标:展示出仅仅一个真正具有指数增长的丢番图关系。

鲁滨逊本人利用佩尔方程 x2−(a2−1)y2=1x^2 - (a^2-1)y^2 = 1(其解已经呈指数增长)所做的尝试,在1950与1960年代一直逼近得令人心痒,却始终未能彻底堵上缺口;下一步将说明戴维斯、普特南与鲁滨逊如何在1961年联手,把论证推进到在没有JR本身的情况下所能达到的极限。

本步骤中的术语
佩尔方程
形如 x2−dy2=1x^2 - dy^2 = 1 的方程,其中 dd 是固定的非完全平方整数;它的解构成一个有结构的、指数增长的序列,使其成为寻找快速增长丢番图关系的天然候选来源。
本步骤用到的知识