張元章 劉 燁 4126 字 1個月前

三 對數論的貢獻

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"": "1. 對數論介紹

數論概述

數論就是指研究整數性質的一門理論。整數的基本元素是素數,所以數論的本質是對素數性質的研 究。2000年前,歐幾裡得證明了有無窮個素數。既然有無窮個,就一定有一個表示所有素數的素數通項公式,或者叫素數普遍公式。它是和平麵幾何學同樣曆史悠久的學科。高斯譽之為\"數學中的皇冠\" 按照研究方法的難易程度來看,數論大致上可以分為初等數論(古典數論)和高等數論(近代數論)。

初等數論主要包括整除理論、同餘理論、連分數理論。它的研究方法本質上說,就是利用整數環的整除性質。 初等數論也可以理解為用初等數學方法研究的數論。 其中最高的成就包括高斯的\"二次互反律\"等。

高等數論則包括了更為深刻的數學研究工具。它大致包括代數數論、解析數論、算術代數幾何等等。

數論門類

初等數論

同上所述, 初等數論主要就是研究整數環的整除理論及同餘理論。此外它也包括了連分數理論和少許不定方程的問題。 本質上說,初等數論的研究手段局限在整除性質上。

初等數論中經典的結論包括 算術基本定理、歐幾裡得的質數無限證明、中國剩餘定理、歐拉定理(其特例是 費馬小定理)、高斯的二次互逆律 , 勾股方程的商高定理、 佩爾方程的連分數求解法等等。

解析數論

借助微積分及複分析(即複變函數)來研究關於整數的問題,主要又可以分為乘性數論與加性數論兩類。乘性數論藉由研究積性生成函數的性質來探討質數分布的問題,其中質數定理與狄利克雷定理為這個領域中最著名的古典成果。加性數論則是研究整數的加法分解之可能性與表示的問題,華林問題是該領域最著名的課題。

解析數論的創立當歸功於黎曼。 他發現了黎曼zeta函數之解析性質與數論中的素數分布問題存在深刻聯係。確切的說, 黎曼ζ函數的非平凡零點的分布情況決定了素數的很多性質。黎曼猜測, 那些零點都落在複平麵上實部為1\/2的直線上。這就是著名的黎曼假設--被譽為千禧年七大世界數學難題之一。值得注意的是, 歐拉實際上在處理素數無限問題時也用到了解析方法。

解析數論方法除了圓法、篩法等等之外, 也包括和橢圓曲線相關的模形式理論等等。此後又發展到自守形式理論,從而和表示論聯係起來。

代數數論

代數數論,將整數環的數論性質研究擴展到了更一般的整環上,特別是代數數域。一個主要課題就是關於代數整數的研究,目標是為了更一般地解決不定方程 求解的問題。 其中一個主要的曆史動力來自於尋找費馬大定理的證明。

本章節來源於𝑜𝑜𝑝.𝑡𝑤

代數數論更傾向於從代數結構角度去研究各類整環的性質, 比如在給定整環上是否存在算術基本定理等等。

這個領域與代數幾何之間的關聯尤其緊密, 它實際上也構成了交換代數理論的一部分。 它也包括了其他深刻內容,比如表示論、p-adic理論等等。

幾何數論 數的幾何

主要在於通過幾何觀點研究整數(在此即格點, 也稱整點)的分布情形。最著名的定理為Mink·wski 定理。 這門理論也是有閔科夫斯基所創。 對於研究二次型理論有著重要作用。

計算數論

借助電腦的算法幫助數論的問題,例如素數測試和因數分解等和密碼學息息相關的話題。

超越數論

研究數的超越性,其中對於歐拉常數與特定的 Zeta 函數值之研究尤其令人感到興趣。此外它也探討了數的丟番圖逼近理論。

組合數論

利用組合和機率的技巧,非構造性地證明某些無法用初等方式處理的複雜結論。這是由艾狄胥開創的思路。比如蘭伯特猜想的簡化證明。

算術代數幾何

這是數論發展到目前為止最深刻最前沿的領域, 可謂集大成者。 它從代數幾何的觀點出發,通過深刻的數學工具去研究數論的性質。比如外爾斯證明費馬猜想就是這方麵的經典實例。 整個證明幾乎用到了當時所有最深刻的理論工具。

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