你在看到题目的时候,肯定会想:
这个问题我晓得答案:x、y、z都等于1。
如果再多算几步,你还能发现4、4、-5也是一组整数解。
留神审题,以上只是方程x³+y³+z³=3的前两组整数解,第3组整数解是多少,你晓得吗?
1953年,数学家Louis Mordell提出一个疑难:这个第3组整数解,它存在吗?
最近,这组解终于被找到了。
正告一下,千万别尝试用穷举法编程!
因为这3个数远远超出了长整型的范畴,但数学家还是动用了40万台电脑把答案找进去了。
另外,这两位数学家还把程序代码开源了。
当然,他们并非暴力搜寻。这时候数学的作用就来了:它能为你提供算法,通知你搜寻范畴,大大放大搜寻空间。
一个正整数是否示意成三个整数的立方之和(x³+y³+z³=k),对于它的每次发现都能引起不小的轰动。
这个看似没技术含量的问题,其实困扰了数学界很久。
三个立方数之和
1992年,数学家Roger Heath-Brown提出了一个猜测:对于一个正整数k,如果它除以9的余数不是4或5(k不等于9n±4),那么k就能够示意成三个整数的立方之和。
而且每个k都有无穷多组整数解。
对于k小于100的状况,2019年之前只有k=33、42没有找到整数解。
2019年3月,33告破:
33 = 8866128975287528³ + (-8778405442862239)³ + (-2736111468807040)³
2019年9月,麻省理工的Andrew Sutherland和布里斯托大学Andrew Booker的两位安德鲁找到了42的答案:
42 = (-80538738812075974)³ + 80435758145817515³ + 12602123297335631³
过后,菲尔兹奖得主、剑桥大学传授Timothy Gowers还转推“恭喜”。
尽管100以内的数皆告破,但几十年间却没有对于k=3的新解,许多人开始置信这个所谓的新解基本不存在,Heath-Brown猜测也是错的。
然而,在找到42的答案之后,这两位安德鲁很快就出其不意找到了k=3的第三组整数解:
3 = 569936821221962380720³ + (-569936821113563493509)³ + (-472715493453327032)³
数学化简
为了找到42和3的解决方案,两位数学家从现有算法开始,将立方和公式转化为他们认为更容易求解的模式:
他们将x+y看做一个参数d,进一步批改了算法,而后将两边都除以d求余数(数学中记作mod d)
这样问题就变成k除以d的余数是z³。
这样,只需寻找d和z的值,即可保障找到对应于k=3的x、y、z。
即便如此,搜寻的数字空间也是无限大的。因而,他们通过应用数论中的“筛法”,极大地缩小了d范畴,将xyz的搜寻范畴降到10的15次方以内。
拆解工作
两位安德鲁还开发了将搜索算法拆分成几十万个并行处理流的办法。
如果仅在一台计算机上运行该算法,则要花几百年的工夫能力找到答案。而通过将工作分为几十万个较小的工作,就能够在个人电脑上运行,进一步放慢搜寻速度。
在2019年9月,钻研人员通过Charity Engine施行了这项打算,借用普通用户的家用电脑资源,独特解决难题。
过后,寰球退出Charity Engine分布式计算我的项目的计算机超过40万台。两位安德鲁将他们的算法部署在平台上。
(注:Charity Engine我的项目还帮忙科学家解决了一个蛋白质折叠问题,发了一篇Science。)
最终,这项工作被分为大概40万个工作,每个工作须要一台计算机破费大概3个小时能力实现。
很快,寰球各地的电脑返回的k=42的第一个整数解。
而仅仅两周后,他们曾经发现,k=3的第3个整数解就找到了,他们还把这组解印在了T恤上。
至此,Mordell在68年前的问题终于失去解答。
那么问题又来了x³+y³+z³=3的第4组解是多少?
可能有生之年很难见到了,因为求下一组解须要的计算量是当初的1000万倍,须要4万亿台电脑能力算出,而且可能还不够。
△ 论文作者之一Andrew Sutherland
Sutherland说:“我不晓得咱们是否会晓得第四个解,然而我确信它存在。”
参考链接:
[1] https://phys.org/news/2021-03-sum-cubes-puzzle-solution.html
[2] https://www.pnas.org/content/118/11/e2022377118
[3] https://github.com/AndrewVSutherland/SumsOfThreeCubes
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