04.06 5個沒人能解決的數學問題

5個沒人能解決的數學問題

考拉

茲猜想

選取任意一個正整數。如果這個數字是偶數,除以2;如果它是奇數,乘以3再加1。現在,用你得到的新數字繼續按上述規則處理。如此循環下去,你的數字最終都會變為1。

如選取的是6,根據上述規則,得出序列為6,3,10,5,16,8,4,2,1。如選取的是11,根據上述規則,得出序列為11,34,17,52,26,13,40,20,10,5,16,8,4,2,1。

這就是考拉茲猜想,是德國漢堡大學的學生洛塔爾·考拉茲在20世紀30年代提出的。數學家們用了很多數字進行測試,發現沒有哪個數字最終不會變為1的。但問題是,到現在還沒人能證明考拉茲猜想。也許,有一些非常大的數字經過處理後,最終會逐漸趨向於無窮大,或者一些數字會被困在某個循環中,從而無法變為1。但是,從來沒有人能夠找出這樣的反例。

移動

沙發問題

假設你在搬家,想把你的沙發搬到新的公寓裡。問題是,走廊有個拐角,你必須想辦法把你的沙發弄過去。如果沙發很小,那麼就不是問題了。如果沙發很大的話,那麼它可能會卡在拐角處。如果你是一個數學家,你可能就會提出這個問題:可通過走廊拐角的最大的沙發是什麼樣的?它不必是一個矩形的沙發,它可以是任意形狀。

上面就是移動沙發問題的基本內容。為了方便回答,這個問題還做了這些精簡:整個問題只發生在二維空間中,拐角是90度,走廊的寬度為1。那麼,可以通過走廊拐角的最大的二維圖形是什麼樣子的?

可以通過走廊拐角的最大的二維圖形的面積,還被稱為“沙發常數”。然而,沒人知道確切地知道這個二維沙發能有多大,數學家們只是知道一些相當大的沙發可以通過去,另一些更大的沙發卻通不過去。當前的研究表明,沙發常數的數值應該在2.2195和2.8284之間。

完美

的立方體問題

記得勾股定理不?直角三角形的兩條直角邊長為a和b,斜邊為c,那麼a2+b²=c²。如果三條邊長度都是正整數,那麼這三個數被稱為一組勾股數。例如,(3,4,5)就是一組勾股數。

現在,讓我們把這個想法擴展到三維空間中。在上面的立方體圖示中, a、b、c代表著這個立方體的三條邊,g代表著體對角線。那麼,根據勾股定理,你會得到a²+b²+c²=g²。

我們的目標,就是找到a、b、c和g都是整數的立方體。也就是說,找到三維空間下的勾股數。數學家們進行了很多次嘗試,但是到現在也沒有找到一個立方體,其三條邊和體對角線都是整數的。但是,他們也沒能力證明這樣的立方體是不存在的。所以,尋找這種完美的立方體的任務仍在繼續。

5个没人能解决的数学问题

內接

正方形問題

在紙上畫出一條閉合的線。這個線圈不一定是個圓圈,可以是任何形狀,但線的起點和終點必須重合,而且線與線之間不能有交叉。在這個線圈裡,你可以畫出一個正方形,其四個頂點都處在線圈上。1911年,一位德國數學家提出了內接正方形問題:任何一個二維的閉合線圈,是否都至少有一個內接的正方形,其四個頂點都處在線圈上?

數學家們已經證明,在任何一個二維的閉合線圈,你都可以畫出內接的三角形或矩形。但是,要想證明能畫出正方形,就變得困難起來。到目前為止,還沒有人能解決此問題。

5个没人能解决的数学问题

幸福

結局問題

這個問題之所以叫做“幸福結局問題”,是因為它導致了匈牙利數學家喬治·塞凱賴什和他的美女同學愛絲特·克萊因共諧連理。這個問題是從這個規律開始的:

在一張紙上隨機地畫出5個點,但要求其中任意3點不共線,那麼不管你怎麼畫,你就總能找到其中的4個點,連接起來能構成一個凸四邊形——4個內角都不大於180度的四邊形。

這個是關於凸四邊形的規律。後來,數學家們發現,要想畫出一個凸五邊形,你至少得需要9個點。而凸六邊形,得需要17個點。至於凸七邊形以及其他的凸多邊形,數學家們就搞不清楚究竟至少需要多少個點了。

是否存在一個公式,可以告訴我們至少需要多少個點就能畫出任意一種凸多邊形呢?數學家猜測,公式可能是M=1+2N-2,其中M是點的個數,N是凸多邊形的邊數。但到目前為止,數學家們只是證明了M是不小於1+2N-2的,還無法證明它們是相等的。所以,幸福結局問題仍懸而未決。


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