Кіріспе
Математикадағы дәлелденбеген ұйғарым мәтінінің қайта құрылуы. Математикада болжам – дәлелсіз, алдын ала негізде ұсынылған қорытынды немесе ұйғарым. Риман гипотезасы (әлі де болжам болып табылады) немесе Ферманың соңғы теоремасы (Эндрю Уайлз 1995 жылы дәлелдегенге дейін болжам еді) сияқты кейбір болжамдар математика тарихының үлкен бөлігін қалыптастырды, себебі оларды дәлелдеу үшін математиканың жаңа салалары дамытылды.
text reconstruction
In mathematics, a conjecture is a conclusion or a proposition that is proffered on a tentative basis without proof. Some conjectures, such as the Riemann hypothesis (still a conjecture) or Fermat's Last Theorem (a conjecture until proven in 1995 by Andrew Wiles), have shaped much of mathematical history as new areas of mathematics are developed in order to prove them.
Дәлел
Расми математика дәлелденетін шындыққа негізделген. Математикада, жалпылама тұжырымды қолдайтын қаншалықты көп мысал келтірсеңіз де, олардың саны шексіз болса да, тұжырымның дұрыстығын анықтау үшін жеткіліксіз, себебі бір ғана қарсы мысал тұжырымды дереу жоққа шығаруы мүмкін. Математикалық журналдар кейде зерттеу топтарының қарсы мысал іздеуді бұрынғыдан да әрі кеңейткен шағын нәтижелерін жариялайды. Мысалы, Коллатц тұжырымы, онда бүтін сандардың белгілі бір тізбектері аяқталады ма, жоқ па деген сұрақ қарастырылады, 1,2 × 1012-ге (триллионнан астам) дейінгі барлық бүтін сандар үшін тексерілді. Дегенмен, кеңінен іздеуден кейін қарсы мысал таба алмау, тұжырымның дұрыс екенін дәлелдемейді, өйткені тұжырым бұрыс болуы мүмкін, бірақ өте үлкен ең төмен қарсы мысалмен. Дегенмен, математиктер дәлелденбеген тұжырымды да, оны қолдайтын мықты дәлелдер бар деп санайды. Бұл дәлелдер әртүрлі болуы мүмкін, мысалы, оның салдарының тексеруі немесе белгілі нәтижелермен тығыз байланысы. Тұжырым тек қана оның бұрыс болуы логикалық тұрғыдан мүмкін емес екені көрсетілгенде ғана дәлелденген болып есептеледі. Мұны істеудің әртүрлі әдістері бар; толық ақпарат алу үшін математикалық дәлелдеу әдістеріне қараңыз. Дәлелдеудің бір әдісі, қарсы мысалға әкелуі мүмкін жағдайлардың саны шектеулі болған кезде қолданылады, ол "күшпен тексеру" деп аталады: бұл тәсілде барлық мүмкін жағдайлар қарастырылады және қарсы мысалдар жоқ екені көрсетіледі. Кейде жағдайлардың саны өте көп, онда күшпен тексерудің дәлелдеуі үшін барлық жағдайларды тексеру үшін компьютерлік алгоритмді пайдалану қажет болуы мүмкін. Мысалы, төрт түс теоремасының 1976 және 1997 жылғы компьютерлік дәлелдеулерінің дұрыстығы бастапқыда күмәндалған, бірақ 2005 жылы теореманы дәлелдейтін бағдарламалық құралдар арқылы расталды. Егер тұжырым дәлелденсе, ол енді тұжырым емес, теорема болып табылады. Көптеген маңызды теоремалар бұрын тұжырымдар болған, мысалы, Геометриялық теорема (Понкаре тұжырымын шешкен), Ферманың соңғы теоремасы және басқалары.
Қателігін растау
Қарсы мысал арқылы бұрыс екені дәлелденген болжамдар кейде жалған болжамдар деп аталады (мысалы, Поля болжамы және Эйлердің қуаттар қосындысы болжамы). Соңғы болжамда, n=4 үшін табылған алғашқы қарсы мысал миллиондаған сандарды қамтыды, бірақ кейіннен ең кіші қарсы мысалдың іс жүзінде кішірек екені анықталды.
Тәуелсіз болжамдар
Кез келген болжамның ақиқат немесе жалған екені дәлелденбей қалуы мүмкін. Кейбір шексіз жиындықтардың салыстырмалы кардиналдығын анықтауға тырысатын континуум гипотезасы, нәтижесінде жинақтар теориясының қалыпты қабылданған Зермело-Франкель аксиомалары жиынтығынан тәуелсіз екені көрсетілді. Сондықтан, бұл тұжырымды немесе оның жоқтығын жаңа аксиома ретінде дәйекті түрде қабылдауға болады (геометрияның аксиомалық жүйесінде Евклидтің параллельдік постулаты дұрыс немесе жалған деп қабылдануындай). Осылайша, егер дәлелдемеде осы тұжырым қолданылса, зерттеушілер гипотезаны қажет етпейтін жаңа дәлел іздейді (Евклид геометриясындағы тұжырымдар бейтарап геометрияның аксиомаларын ғана қолдана отырып дәлелденуі тиіс, яғни параллельдік постулатсыз). Бірақ, тәжірибедегі бірден-бір ерекшелік – таңдау аксиомасы, себебі көптеген зерттеушілер нәтиже оны қажет етеді ме деп алаңдамайды, егер олар осы аксиоманы жеке зерттемейінше.
Шартты дәлелдемелер
Кейде болжам, егер ол басқа нәтижелерді дәлелдеуде жиі және қайта-қайта негізгі қағида ретінде қолданылса, гипотеза деп аталады. Мысалы, Риман гипотезасы – сан теориясынан шыққан болжам, ол, басқа нәрселермен қатар, жай сандардың таралуы туралы болжамдар жасайды. Көптеген сан теориялықтары Риман гипотезасының дұрыс екеніне күмән келтірмейді. Шындығында, оның болашақта дәлелденуін күтіп, кейбіреулер осы болжамның рас екендігіне байланысты қосымша дәлелдерді әзірлеуге кірісті. Бұлар шартты дәлелдер деп аталады: болжамдар теореманың гипотезасында уақытша пайда болады. Алайда, егер гипотезаның жалған екені анықталса, бұл "дәлелдер" күшін жояды, сондықтан осы сияқты болжамдардың рас екенін немесе жалған екенін тексеруге зор қызығушылық бар.
Ферманың соңғы теоремасы
Сандар теориясында Ферманың соңғы теоремасы (кейде, әсіресе ескі мәтіндерде Ферманың болжамы деп аталады) – екіден үлкен кез келген бүтін сан үшін , , және сандарының теңдеуді қанағаттандыруы мүмкін емес екенін айтады. Бұл теореманы алғаш рет Пьер де Ферма 1637 жылы «Арифметика» кітабының жиегінде жазған, онда ол дәлелінің жиекке сыймайтындай үлкен екенін мәлімдеген. Эндрю Уайлс 1994 жылы осы теореманы алғаш рет дәлелдеді, ал математиктердің 358 жылдық тыранынан кейін 1995 жылы ресми түрде жариялады. Шешілмеген бұл мәселе 19 ғасырда алгебралық сандар теориясының және 20 ғасырда модулдік теореманың дәлелдемесін дамытуға түрткі болды. Бұл математика тарихындағы ең маңызды теоремалардың бірі және дәлелденгенге дейін «ең қиын математикалық проблемалар» санатында Гиннестің рекордтар кітабына енген.
Төрт түстің теоремасы
Математикада төрт түстің теоремасы немесе төрт түстің карта теоремасы, жазықтықты жалғасқан аймақтарға бөлу арқылы карта деп аталатын фигураны құрады. Теоремаға сәйкес, картаның аймақтарын бояу үшін ең көп төрт түс қажет, ал екі іргелес аймақтың түсі бірдей болмауы керек. Екі аймақ, егер олар бұрыш болмаған ортақ шекарамен бөліскен жағдайда, іргелес деп аталады, мұнда бұрыштар – үш немесе одан көп аймақтың ортақ нүктелері. Мысалы, Америка Құрама Штаттарының картасында Юта мен Аризона іргелес, ал Юта мен Нью-Мексико, олар тек Аризона мен Колорадоға тиесілі бір нүктемен ғана шектеседі, іргелес емес. Мёбиус бұл мәселені алғаш рет 1840 жылы лекцияларында айтқан. Бұл болжамды алғаш рет 1852 жылдың 23 қазанында Франсис Гатри Англия округтерінің картасын бояуға тырысқанда ұсынды, ол тек төрт түрлі түс қажет екенін байқады. Бес түстің теоремасы, оның қарапайым дәлелі бар, картаны бояу үшін бес түс жеткілікті екенін көрсетеді және ол 19 ғасырдың соңында дәлелденді. Алайда, төрт түс жеткілікті екенін дәлелдеу әлдеқайда қиын болып шықты. 1852 жылы төрт түстің теоремасы алғаш рет айтылғаннан бері көптеген жалған дәлелдер мен жалған қарсы мысалдар пайда болды. Төрт түстің теоремасын 1976 жылы Кеннет Аппель мен Вольфганг Хакен дәлелдеді. Бұл компьютерді пайдалану арқылы дәлелденген алғашқы маңызды теорема болды. Аппель мен Хакеннің әдісі 1936 картадан тұратын нақты жиынтық бар екенін көрсетумен басталды, олардың әрқайсысы төрт түстің теоремасына қарсы ең кішкентай мысалдың бөлігі бола алмайды (яғни, егер олар кездессе, одан кішкентай қарсы мысал жасауға болады). Аппель мен Хакен арнайы компьютерлік бағдарламаны пайдаланып, осы карталардың әрқайсысының осы қасиетке ие екенін растады. Сонымен қатар, қарсы мысал болуы мүмкін кез келген картада осы 1936 картаның біріне ұқсас бөлік болуы керек. Жүздеген беттік қолмен талдау жасап, Аппель мен Хакен ең кішкентай қарсы мысалдың жоқ екенін көрсетті, өйткені кез келген қарсы мысал осы 1936 картаның бірін қамтуы керек, бірақ қамтамайды. Бұл қайшылық ешқандай қарсы мысалдың жоқ екенін және теореманың дұрыс екенін білдіреді. Бастапқыда математиктер олардың дәлелін қабылдамады, өйткені компьютерлік көмекпен жасалған дәлелді адамның қолмен тексеруі мүмкін емес еді. Алайда, дәлелдеу содан бері кеңінен қабылданып, бірақ күмән әлі де сақталып тұр.
Гауфтвермутинг
Геометриялық топологияның Hauptvermutung (неміс тілінде негізгі болжам) – триангуляцияланатын кез келген кеңістіктің екі триангуляциясының ортақ тазартуы болады деген болжам, яғни олардың екеуінің де бөлігі болатын жалғыз триангуляция бар. Бұл болжамды алғаш 1908 жылы Штейниц пен Тице тұжырымдаған. Қазір бұл болжамның жалған екені белгілі. Көпқырлы емес нұсқасын Джон Милнор 1961 жылы Рейдемейстер торсиясын пайдаланып жоққа шығарды. Көпқырлы нұсқа 1=m ≤ 3 өлшемдерінде дұрыс. 1=m = 2 және 3 жағдайларын Тибор Радо және Эдвин Э. Моиз сәйкесінше 1920 және 1950 жылдары дәлелдеді.
Вейльдік болжамдар
Математикада Вейль болжамдары – шекті өрістердегі алгебралық сан түрлеріндегі нүктелер санын есептеуден туындаған генерациялық функцияларға (жергілікті дзета функциялары деп аталады) қатысты маңызды ұсыныстар еді. q элементі бар шекті өрістегі V сан түрінің шекті санда рационалдық нүктелері бар, сондай-ақ сол өрісті қамтитын qk элементі бар әрбір шекті өрісте де нүктелері бар. Генерациялық функцияның коэффициенттері qk элементі бар (негізінен бірегей) өрістегі Nk нүктелерінің санынан алынған. Вейль мұндай дзета функцияларының рационалды функциялар болуы керек, функционалдық теңдеменің бір түрін қанағаттандыруы керек және олардың нөлдері шектеулі орындарда орналасуы керек деп болжады. Соңғы екі бөлігі Риман дзета функциясы мен Риман гипотезасына сәйкес жасалған. Рационалдылық дәлелденді, функционалдық теңдеу дәлелденді, ал Риман гипотезасының аналогы дәлелденді.
Пуанкаре болжамы
Математикада Пуанкаре болжамы — 3 сфераның сипаттамасына қатысты теорема, ол төрт өлшемді кеңістіктегі бірлік шарды шектейтін гиперсфера. Бұл болжам мынадай мәлімдеме береді: кез келген жай байланысты, жабық 3-көптүрлілік 3 сфераға гомеоморфты. Баламалы түрі гомеоморфизмнен гөрі жалпы эквиваленттілік түрін, яғни гомотопиялық эквиваленттілікті қолданады: егер 3-көптүрлілік 3 сфераға гомотопиялық түрде эквивалентті болса, онда ол міндетті түрде оған гомеоморфты болады. 1904 жылы Анри Пуанкаре ұсынған теорема, жергілікті түрде қалыпты үш өлшемді кеңістік сияқты көрінетін, бірақ байланысқан, шекті көлемді және шекарасы жоқ (жабық 3-көптүрлілік) кеңістік туралы. Пуанкаре болжамы, егер мұндай кеңістіктегі кез келген контур үздіріссіз түрде бір нүктеге дейін қысқартыла алса, онда ол міндетті түрде үш өлшемді сфера болады деп тұжырымдайды. Жоғары өлшемдердегі ұқсас нәтиже біраз уақыттан бері белгілі. Математиктердің шамамен бір ғасырлық күш-жігерін жұмсағаннан кейін, Григорий Перельман 2002 және 2003 жылдары arXiv-те жарияланған үш мақалада болжамның дәлелін ұсынды. Дәлел Рихард С. Гамильтонның Риччи ағынын қолданып, мәселені шешуге бағытталған бағдарламасынан туындады. Кейін Гамильтон стандартты Риччи ағынының модификациясын енгізді, оны операциялық Риччи ағыны деп атады, ол дамитын синглярлық аймақтарды жүйелі түрде және бақыланатын жолмен жоюға мүмкіндік берді, бірақ бұл әдісті үш өлшемде «жинақталады» деп дәлелдей алмады. Перельман дәлелдеудің осы бөлігін аяқтады. Бірнеше математиктер командасы Перельманның дәлелінің дұрыс екенін тексерді. Дәлелденгенге дейін Пуанкаре болжамы топологиядағы ең маңызды ашық сұрақтардың бірі болып келді.
Риман гипотезасы
Математикада Риман гипотезасы – Риманның зетта-функциясының тривиальды емес нөлдерінің бәрінің нақты бөлігі 1/2-ге тең деген болжам. Бұл атау кейбір тығыз байланысты аналогтар үшін де қолданылады, мысалы, шекті өрістердегі қисықтар үшін Риман гипотезасы. Риман гипотезасы жай сандардың таралуы туралы мәліметтерді білдіреді. Кейбір математиктер оны, тиісті жалпыламалармен бірге, таза математикадағы ең маңызды шешілмеген мәселе деп санайды. Риман гипотезасы, Голдбах болжамымен бірге, Дэвид Гилберттің 23 шешілмеген проблемалар тізіміндегі Хилберттің сегізінші проблемасының бір бөлігі болып табылады; сонымен қатар ол Клей математика институтының Мыңжылдық сыйлықтарының біріне жатады.
P және NP проблемасы
P және NP проблемасы – компьютерлік ғылымдағы маңызды, әлі шешілмеген мәселе. Шартты түрде, ол компьютердің тез тексере алатын әрбір мәселенің шешімін де компьютер тез таба ала ма деген сұрақ қояды; көптеген ғалымдар оған жауап жоқ деп санайды. Бұл мәселе алғаш рет 1956 жылы Курт Гёдельдің Джон фон Нейманға жазған хатында қозғалған. Гёдель белгілі бір NP-толық мәселені квадраттық немесе сызықтық уақытта шешуге бола ма деп сұрады. P=NP проблемасының нақты формулировкасын 1971 жылы Стивен Кук «Теореманы дәлелдеу процедураларының күрделігі» атты мақаласында ұсынды және оны көптеген мамандар осы саланың ең маңызды ашық мәселесі деп есептейді. Бұл Клей математика институты таңдаған Мыңжылдық проблемалардың жетісінің бірі, алғашқы дұрыс шешімін тапқанға 1 000 000 АҚШ доллары сыйлық беріледі.
Басқа ғылымдарда
Карл Поппер ғылыми философияда "болжам" терминін қолдануды алғаш рет енгізді. Болжам гипотезамен байланысты, ғылымда оны тексеруге болатын болжам деп қарастырады.