Conjetura abc
La abc conjetura (también conocida como la conjetura de Oesterlé-Masser) es una conjetura en teoría de números que surgió de una discusión de Joseph Oesterlé y David Masser en 1985. Se expresa en términos de tres números enteros positivos a, b y c (de ahí el nombre) que son relativamente primo y satisface a + b = c. La conjetura establece esencialmente que el producto de los distintos factores primos de abc normalmente no es mucho más pequeño que c. Varias conjeturas y teoremas famosos en la teoría de números se derivarían inmediatamente de la conjetura abc o sus versiones. El matemático Dorian Goldfeld describió la conjetura abc como "El problema sin resolver más importante en el análisis diofántico".
La conjetura abc se originó como resultado de los intentos de Oesterlé y Masser de comprender la conjetura de Szpiro sobre las curvas elípticas, que involucra más estructuras geométricas en su declaración que la abc conjetura. Se demostró que la conjetura abc es equivalente a la conjetura de Szpiro modificada.
Se han realizado varios intentos para probar la conjetura abc, pero actualmente la comunidad matemática dominante no acepta ninguno y, a partir de 2020, la conjetura todavía se considera no probada.
Formulaciones
Antes de enunciar la conjetura, se debe introducir la noción de radical de un entero: para un entero positivo n, el radical de n, denotado rad(n), es el producto de los distintos factores primos de n. Por ejemplo
Si a, b y c son enteros positivos coprimos tales que a + b = c, resulta que "generalmente" c < rad(abc). La conjetura abc se ocupa de las excepciones. Específicamente, establece que:
Una formulación equivalente es:
Equivalentemente (usando la notación o minúscula):
Una cuarta formulación equivalente de la conjetura implica la cualidad q(a, b, c) de la terna (a, b, c), que se define como
Por ejemplo:
- q(3, 125, 128) = log(128) / log(rad(3·125·128) = log(128) / log(30) = 1.426565...
Un triple típico (a, b, c) de enteros positivos coprimos con a + b = c tendrá c < rad(abc), es decir, q(a, b, c) < 1. Triples con q > 1 como en el segundo ejemplo son bastante especiales, consisten en números divisibles por altas potencias de pequeños números primos. La cuarta formulación es:
Mientras que se sabe que hay infinitos triples (a, b, c) de enteros positivos coprimos con a + b = c tal que q(a, b, c) > 1, la conjetura predice que solo un número finito de ellos tienen q > 1.01 o q > 1.001 o incluso q > 1.0001, etc. En particular, si la conjetura es verdadera, entonces debe existir una terna (a, b, c) que logre el máxima calidad posible q(a, b, c).
Ejemplos de ternas con radical pequeño
La condición de que ε > 0 es necesario ya que existen infinitas ternas a, b, c con c > rad(abc). Por ejemplo, deja
El entero b es divisible por 9:
Usando este hecho, se hace el siguiente cálculo:
Al reemplazar el exponente 6n por otros exponentes forzando a b a tener factores cuadrados más grandes, la relación entre el radical y c puede ser hecho arbitrariamente pequeño. Específicamente, permita que p > 2 ser primo y considerar
Ahora se puede afirmar plausiblemente que b es divisible por p2:
El último paso utiliza el hecho de que p2 divide a 2p(p−1) − 1. Esto se deduce del pequeño teorema de Fermat, que muestra que, para p > 2, 2p−1 = pk + 1 para algún número entero k. Elevar ambos lados a la potencia de p muestra que 2p(p−1) = p2(...) + 1.
Y ahora con un cálculo similar al anterior, los siguientes resultados:
A continuación se proporciona una lista de los triples de mayor calidad (triples con un radical particularmente pequeño en relación con c); la calidad más alta, 1.6299, fue encontrada por Eric Reyssat (Lando & Zvonkin 2004, p. 137) para
Algunas consecuencias
La conjetura abc tiene un gran número de consecuencias. Estos incluyen tanto resultados conocidos (algunos de los cuales se han demostrado por separado solo desde que se estableció la conjetura) como conjeturas para las que proporciona una prueba condicional. Las consecuencias incluyen:
- Teorema de Roth sobre aproximación Diofantina de números algebraicos.
- La conjetura Mordell (ya probada en general por Gerd Faltings).
- Como equivalente, la conjetura de Vojta en la dimensión 1.
- La conjetura Erdős-Woods permite un número finito de contraexamples.
- La existencia de infinitamente muchos primos no-Wieferich en cada base b ■ 1.
- La forma débil de la conjetura de Marshall Hall en la separación entre cuadrados y cubos de enteros.
- El último Fermat Theorem tiene una prueba muy difícil de Andrew Wiles. Sin embargo, sigue fácilmente, al menos por n≥ ≥ 6{displaystyle ngeq 6}, desde una forma efectiva de una versión débil de la abc conjetura. El abc la conjetura dice que el sudor de lim del conjunto de todas las cualidades (definido anteriormente) es 1, lo que implica la afirmación mucho más débil de que hay un límite superior finito para las cualidades. La conjetura de que 2 es un límite superior basta para una prueba muy corta del último teorema de Fermat para n≥ ≥ 6{displaystyle ngeq 6}.
- La conjetura Fermat-Catalan, una generalización del último teorema de Fermat sobre poderes que son sumas de poderes.
- La función L L()s, χd) formado con el símbolo Legendre, no tiene Siegel cero, dada una versión uniforme de la abc conjetura en campos número, no sólo el abc conjetura como formulada anteriormente para los enteros racionales.
- Un polinomio P()x) tiene sólo finitamente muchos poderes perfectos para todos los enteros x si P tiene al menos tres ceros simples.
- Una generalización del teorema de Tijdeman sobre el número de soluciones Sí.m = xn + k (Tijdeman teorema responde al caso k = 1), y la conjetura de Pillai (1931) relativa al número de soluciones Aym = Bxn + k.
- Como equivalente, la conjetura Granville-Langevin, que si f es una forma binaria libre de cuadrado de grado n > 2, entonces por cada real β ■ 2 hay una constante C()f, β) tal que para todos los enteros coprime x, Sí., el radical de f()x, Sí.) excede C · max{xSilencio, SilencioSí.Silencio.n−β.
- Como equivalente, la conjetura modificada de Szpiro, que produciría un límite de rad(abc)1.2+ε.
- Dąbrowski (1996) ha demostrado que abc conjetura implica que la ecuación Diofantina n! + A = k2 tiene sólo finitamente muchas soluciones para cualquier entero dado A.
- Hay ~cfN enteros positivos n ≤ N para la cual f()n)/B' es libre de cuadrados, con cf ■ 0 una constante positiva definida como:cf=∏ ∏ primopxi()1− − ⋅ ⋅ f()p)p2+qp).{displaystyle c_{f}=prod _{text{ }p}x_{i}left(1-{frac {omega ¡Sí!
- La conjetura de la carne, una generalización del último teorema de Fermat proponiendo que si A, B, C, x, Sí., y z son números enteros positivos con Ax + BSí. = Cz y x, Sí., z Entonces, A, B, y C tienen un factor principal común. El abc la conjetura implicaría que sólo hay finitamente muchos contraexamples.
- La conjetura de Lang, un límite inferior para la altura de un punto racional de no-torsión de una curva elíptica.
- Una solución negativa al problema Erdős–Ulam en conjuntos densos de puntos de Euclidean con distancias racionales.
- Una versión efectiva del teorema de Siegel sobre puntos integrales en curvas algebraicas.
Resultados teóricos
La conjetura abc implica que c puede estar acotado superiormente por una función casi lineal del radical de abc. Se conocen límites que son exponenciales. En concreto, se han probado los siguientes límites:
En estos límites, K1 y K3 son constantes que no dependen de a, b o c, y K2 es una constante que depende de ε (de una manera efectivamente computable) pero no en a, b o c. Los límites se aplican a cualquier triple para el cual c > 2.
También hay resultados teóricos que proporcionan un límite inferior en la mejor forma posible de la conjetura abc. En particular, Stewart & Tijdeman (1986) mostró que hay infinitos triples (a, b, c) de enteros coprimos con a + b = c y
para todos los k < 4. La constante k fue mejorada a k = 6.068 por van Frankenhuysen (2000).
Resultados computacionales
En 2006, el Departamento de Matemáticas de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, junto con el instituto científico holandés Kennislink, lanzaron el proyecto ABC@Home, un sistema de computación en red, cuyo objetivo es descubrir tripletas adicionales a, b, c con rad(abc) < c. Aunque ningún conjunto finito de ejemplos o contraejemplos puede resolver la conjetura abc, se espera que los patrones en los triples descubiertos por este proyecto conduzcan a conocimientos sobre la conjetura y sobre la teoría de números en general.
q c | q ■ 1 | q ■ 1.05 | q ■ 1.1 | q ■ 1.2 | q ■ 1.3 | q " 1.4 " |
---|---|---|---|---|---|---|
c 102 | 6 | 4 | 4 | 2 | 0 | 0 |
c 103 | 31 | 17 | 14 | 8 | 3 | 1 |
c 104 | 120 | 74 | 50 | 22 | 8 | 3 |
c 105 | 418 | 240 | 152 | 51 | 13 | 6 |
c 106 | 1.268 | 667 | 379 | 102 | 29 | 11 |
c 107 | 3.499 | 1.669 | 856 | 210 | 60 | 17 |
c 108 | 8.987 | 3,869 | 1,801 | 384 | 98 | 25 |
c 109 | 22.316 | 8.742 | 3.693 | 706 | 144 | 34 |
c 1010 | 51,677 | 18.233 | 7,035 | 1.159 | 218 | 51 |
c 1011 | 116.978 | 37,612 | 13,266 | 1 947 | 327 | 64 |
c 1012 | 252,856 | 73.714 | 23.773 | 3.028 | 455 | 74 |
c 1013 | 528.275 | 139.762 | 41.438 | 4,519 | 599 | 84 |
c 1014 | 1.075.319 | 258,168 | 70.047 | 6.665 | 769 | 98 |
c 1015 | 2.131.671 | 463,446 | 115.041 | 9.497 | 998 | 112 |
c 1016 | 4.119.410 | 812.499 | 184,727 | 13,118 | 1.232 | 126 |
c 1017 | 7,801,334 | 1,396,909 | 290.965 | 17.890 | 1.530 | 143 |
c 1018 | 14,482,065 | 2,352,105 | 449.194 | 24.013 | 1.843 | 160 |
Hasta mayo de 2014, ABC@Home había encontrado 23,8 millones de triples.
Rank | q | a | b | c | Descubierto |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1.6299 | 2 | 310·109 | 235 | Eric Reyssat |
2 | 1.6260 | 112 | 32·56·73 | 221·23 | Benne de Weger |
3 | 1.6235 | 19·1307 | 7·292·318 | 28·322·54 | Jerzy Browkin, Juliusz Brzezinski |
4 | 1.5808 | 283 | 511·132 | 28·38·173 | Jerzy Browkin, Juliusz Brzezinski, Abderrahmane Nitaj |
5 | 1.5679 | 1 | 2·37 | 54·7 | Benne de Weger |
Nota: la calidad q(a, b, c) del triple (a, b, c) se define arriba.
Formas refinadas, generalizaciones y declaraciones relacionadas
La conjetura abc es un análogo entero del teorema de Mason-Stothers para polinomios.
Un refuerzo, propuesto por Baker (1998), establece que en la conjetura abc uno puede reemplazar rad(abc) por
donde ω es el número total de primos distintos que dividen a, b y c.
Andrew Granville notó que el mínimo de la función ()ε ε − − ⋅ ⋅ rad ()abc))1+ε ε {displaystyle {big}varepsilon ^{-omega - ¿Qué? sobre 0}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">ε ε ■0{displaystyle varepsilon }0" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e04ec3670b50384a3ce48aca42e7cc5131a06b12" style="vertical-align: -0.338ex; width:5.344ex; height:2.176ex;"/> ocurre cuando ε ε =⋅ ⋅ log ()rad ()abc)).{displaystyle varepsilon ={frac {omega }{log {big (}operatorname {rad} (abc){big)}}}}}
Esto inspiró a Baker (2004) a proponer una forma más definida de la conjetura abc, a saber:
con κ una constante absoluta. Después de algunos experimentos computacionales encontró que un valor 6/5{displaystyle 6/5} era admisible κ. Esta versión se llama "explicit" abc conjetura".
Baker (1998) también describe conjeturas relacionadas de Andrew Granville que darían cotas superiores en c de la forma
donde Ω(n) es el número total de factores primos de n, y
donde Θ(n) es el número de enteros hasta n divisible solo por números primos que dividen n.
Robert, Stewart & Tenenbaum (2014) propuso una desigualdad más precisa basada en Robert & Tenenbaum (2013). Sea k = rad(abc). Conjeturaron que existe una constante C1 tal que
se mantiene mientras que hay una constante C2 tal que
se mantiene infinitamente a menudo.
Browkin & Brzeziński (1994) formuló la conjetura n, una versión de la conjetura abc que implica n > 2 enteros.
Pruebas reclamadas
Lucien Szpiro propuso una solución en 2007, pero poco después se descubrió que era incorrecta.
Desde agosto de 2012, Shinichi Mochizuki ha reclamado una prueba de la conjetura de Szpiro y, por lo tanto, de la conjetura abc. Publicó una serie de cuatro preprints en los que desarrollaba una nueva teoría que denominó teoría interuniversal de Teichmüller (IUTT), que luego se aplica para probar la conjetura abc. Los artículos no han sido aceptados por la comunidad matemática como prueba de abc. Esto no se debe solo a su extensión y la dificultad de comprenderlos, sino también a que al menos un punto específico del argumento ha sido identificado como vacío por algunos otros expertos. Aunque algunos matemáticos han garantizado la corrección de la prueba y han intentado comunicar su comprensión a través de talleres sobre IUTT, no han logrado convencer a la comunidad de teoría de números en general.
En marzo de 2018, Peter Scholze y Jakob Stix visitaron Kioto para conversar con Mochizuki. Si bien no resolvieron las diferencias, las enfocaron más claramente. Scholze y Stix escribieron un informe afirmando y explicando un error en la lógica de la prueba y afirmando que la brecha resultante era "tan grave que... las pequeñas modificaciones no salvarán la estrategia de prueba"; Mochizuki afirmó que malinterpretaron aspectos vitales de la teoría e hicieron simplificaciones inválidas.
El 3 de abril de 2020, dos matemáticos del instituto de investigación de Kioto donde trabaja Mochizuki anunciaron que la supuesta prueba se publicaría en Publicaciones del Instituto de Investigación de Ciencias Matemáticas, el instituto diario. Mochizuki es editor en jefe de la revista, pero se recusó de la revisión del artículo. El anuncio fue recibido con escepticismo por Kiran Kedlaya y Edward Frenkel, además de ser descrito por Nature como "poco probable que mueva a muchos investigadores al campamento de Mochizuki". En marzo de 2021, la prueba de Mochizuki se publicó en RIMS.
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