希尔伯特第十问题
已解决,1970年数学基础算术与数论希尔伯特 #10
问题陈述
设计一个通用算法,对任意给定的丢番图方程(未知数为一个或多个、系数为整数的多项式方程),能在有限步骤内判定它是否存在整数解。
这一否定性解答如今称为MRDP定理(马季亚谢维奇–罗宾逊–戴维斯–普特南定理),是分阶段建立起来的。1953年,马丁·戴维斯猜想:每一个整数的递归可枚举集恰好是某个丢番图方程族的解集——这正是把(源自图灵停机问题的)不可判定性转移到数论中所需的关键想法。朱莉娅·罗宾逊指出了一个必不可少的技术要素:一个呈指数增长的丢番图关系(「JR假设」)。1961年,戴维斯、希拉里·普特南与罗宾逊证明了戴维斯猜想针对指数丢番图方程的一个版本,把整个问题归约为寻找一个确实是丢番图(多项式)性质的指数增长关系。尤里·马季亚谢维奇于1970年补上了这最后一块拼图,证明斐波那契数列满足一个丢番图条件,从而完成了证明,表明这样的算法不可能存在。
MRDP定理表明,丢番图集恰好就是递归可枚举集,由此产生了引人注目的推论:存在一个多变量多项式,当变量取遍非负整数时,其取正值恰好构成全体素数;此外,许多其他经典问题(某簇上整点的存在性、费马型方程)也因此不再拥有通用的算法判定法。若将问题限制在变量个数固定且较少的方程上,或考虑其他环(例如有理数 ,希尔伯特第十问题在 上截至2026年仍是未解决问题),则仍是活跃的研究方向。
参考文献
- Yuri Matiyasevich (1970). Enumerable sets are Diophantine · DOI:10.1007/bf01693980
- Yuri Matiyasevich (1993). Hilbert's Tenth Problem
- Martin Davis (1973). Hilbert's Tenth Problem is Unsolvable · DOI:10.1080/00029890.1973.11993265