“千禧年大奖难题”的版本间的差异

2021年5月18日 (二) 10:43的版本

千禧年大奖难题（英语：Millennium Prize Problems），是七个由美国克雷数学研究所（Clay Mathematics Institute，CMI）于2000年5月24日公布的数学难题，解题总奖金700万美元。根据克雷数学研究所制定的规则，这一系列挑战不限时间，题解必须发表在国际知名的出版物上，并经过各方验证，只要通过两年验证期和专家小组审核，每解破一题可获奖金100万美元。

这些难题旨在呼应1900年德国数学家大卫·希尔伯特在巴黎提出的希尔伯特的23个问题（23个历史性数学难题），经过一百年，约17个难题至少已被部分解答。而千禧年大奖难题的破解，极有可能为密码学、航天、通讯等领域带来突破性进展。

迄今为止，在七个问题中，庞加莱猜想是唯一被解决的，2003年，俄罗斯数学家格里戈里·佩雷尔曼证明了它的正确性。而其它六道难题仍有待研究者探索。

希尔伯特的23个问题：

希尔伯特的23个问题，是德国数学家大卫·希尔伯特于1900年在巴黎举行的第二届国际数学家大会上作了题为《数学问题》的演讲，所提出23道最重要的数学问题。希尔伯特问题对推动20世纪数学的发展起了积极的推动作用。在许多数学家努力下，希尔伯特问题中的大多数在20世纪中得到了解决。希尔伯特问题中未能包括拓扑学、微分几何等领域，除数学物理外很少涉及应用数学，更不曾预料到电脑的发展将对数学产生重大影响。20世纪数学的发展实际上远远超出了希尔伯特所预示的范围。希尔伯特问题中的1-6是数学基础问题，7-12是数论问题，13-18属于代数和几何问题，19-23属于数学分析。

以下是希尔伯特的23个问题：

第1题，连续统假设，部分解决。

1963年美国数学家保罗·柯恩以力迫法证明连续统假设不能由策梅洛-弗兰克尔集合论（无论是否含选择公理）推导。也就是说，连续统假设成立与否无法由ZF/ZFC确定。

第2题，算术公理之相容性，部分解决。

库尔特·哥德尔在1931年证明了哥德尔不完备定理，但此定理是否已回答了希尔伯特的原始问题，数学界没有共识。

第3题 | 两四面体有相同体积之证明法 | 模板:Yes |答案：否。1900年，希尔伯特的学生马克斯·德恩以一反例证明了是不可以的。 |- | 第4题 | 建立所有度量空间使得所有线段为测地线 | 太隐晦 |希尔伯特对于这个问题的定义过于含糊。 |- | 第5题 | 所有连续群是否皆为可微群 | 模板:Yes |1953年日本数学家山边英彦证明在无“小的子群”情况下，答案是肯定的<ref>模板:Cite journal</ref>；但此定理是否已回答了希尔伯特的原始问题，数学界仍有争论。 |- | 第6题 | 公理化物理 | 模板:Maybe |希尔伯特后来对这个问题进一步解释，而他自己也进一步研究这个问题。柯尔莫哥洛夫对此也有贡献。然而，尽管公理化已经开始渗透到物理当中，量子力学中仍有至今不能逻辑自洽的部分（如量子场论），故该问题未完全解决。 |- | 第7题 | 若b是无理数、a是除0、1之外的代数数，那么a^b是否超越数 | 模板:Yes |答案：是。分别于1934年、1935年由苏联数学家亚历山大·格尔丰德与德国数学家特奥多尔·施耐德独立地解决。 |- | 第8题 | 黎曼猜想及哥德巴赫猜想和孪生素数猜想 |模板:No |虽然分别有比较重要的突破和被解决的弱化情况，三个问题均仍未被解决。 |- | 第9题 | 任意代数数域的一般互反律 | 模板:Maybe |1927年德国的埃米尔·阿廷证明在阿贝尔扩张的情况下答案是肯定的；此外的情况则尚未证明。 |- | 第10题 | 不定方程可解性 | 模板:Yes |答案：否。1970年由苏联数学家尤里·马季亚谢维奇证明。 |- | 第11题 | 代数系数之二次形式 | 模板:Maybe |有理数的部分由哈塞于1923年解决。 |- | 第12题 | 一般代数数域的阿贝尔扩张 | 模板:No |埃里希·赫克于1912年用希尔伯特模形式研究了实二次域的情形。虚二次域的情形用复乘模板:Link-en已基本解决。一般情况下则尚未解决。 |- | 第13题 | 以二元函数解任意七次方程 | 模板:Maybe |1957年苏联数学家柯尔莫哥洛夫和弗拉基米尔·阿诺尔德证明对于单值解析函数，答案是否定的；然而希尔伯特原本可能希望证明的是代数函数的情形，因此该问题未获得完全解答。 |- | 第14题 | 证明一些函数完全系统（Complete system of functions）之有限性 | 模板:Yes |答案：否。1962年日本人永田雅宜提出反例。 |- | 第15题 | 模板:Link-en之严格基础 | 模板:Maybe |一部分在1938年由范德瓦登得到严谨的证明。 |- | 第16题 | 代数曲线及表面之拓扑结构 | 模板:No |此问题进展缓慢，即使对于度为8的代数曲线也没有证明。 |- | 第17题 | 把有理函数写成平方和分式 | 模板:Yes |答案：是。1927年埃米尔·阿廷解决此问题，并提出实封闭域。<ref>模板:Cite book</ref><ref>模板:Cite journal</ref> |- | 第18题 | 非正多面体能否密铺空间、球体最紧密的排列 | 模板:Yes |1911年模板:Link-en做出“n维欧氏几何空间只允许有限多种两两不等价的空间群”；模板:Link-en证明不规则多面体亦可填满空间；托马斯·黑尔斯于1998年提出了初步证明，并于2014年8月10日用计算机完成了开普勒猜想的形式化证明，证明球体最紧密的排列是面心立方和六方最密两种方式。 |- | 第19题 | 拉格朗日系统（Lagrangian）之解是否皆可解析 | 模板:Yes |答案：是。1956年至1958年模板:Tsl和约翰·福布斯·纳什分别用不同方法证明。 |- |第20题 | 所有边值问题是否都有解 | 模板:Yes |实际上工程和科研中遇到的边值问题都是适定的，因而都可以确定是否有解。<ref>模板:Cite journal</ref> |- | 第21题 | 证明有线性微分方程有给定的单值群（monodromy group） | 模板:Yes |此问题的答案取决于问题的表述：部分情况下是肯定的，部分情况下则是否定的。 |- | 第22题 | 将解析关系（analytic relations）以模板:Link-en一致化 | 模板:Maybe |1904年由模板:Link-en和庞加莱取得部分解决。详见单值化定理。 |- | nowrap|第23题 |变分法的长远发展 | 开放性问题 |包括希尔伯特本人、昂利·勒贝格、雅克·阿达马等数学家皆投身于此。理查德·贝尔曼提出的动态规划可作为变分法的替代。 |}

参见

• 大卫·希尔伯特
• 国际数学家大会
• 千禧年大奖难题
• 斯梅尔问题