三立方数和

✍ dations ◷ 2025-06-29 22:44:50 #自2019年含有不活跃DOI的页面,数学中未解决的问题,丢番图方程

三立方数和问题(英语:sums of three cubes)是指丢番图方程 x 3 + y 3 + z 3 = n {\displaystyle x^{3}+y^{3}+z^{3}=n} 是否存在整数解的问题。由于立方数模9同余0、1或-1,三立方数和模9不可能同余4或5,因而这是整数解存在的一个必要条件。然而,对于该条件是否同时为充分条件目前仍未有定论。

n = 0 {\displaystyle n=0} 时,若存在非平凡的三立方解,则费马大定理找到反例。此时三个立方数中必有两个同号,经移项,就会出现两正整数立方和等于另一正整数立方的情况。由于欧拉早已证明幂次为3的费马大定理,在 n = 0 {\displaystyle n=0} 时的三立方和只有如下平凡解:

n = 1 , 2 {\displaystyle n=1,2} 时,存在如下解系,有无数解:

以及,

上述表示经缩放可得,任意立方数或立方数的二倍都有三立方和。除上述表示外, n = 1 {\displaystyle n=1} 也有其他三立方和解系, n = 2 {\displaystyle n=2} 有如下著名解:

然而,已经证明只在1和2处存在能被四次多项式参数化的解析表示。即便在 n = 3 {\displaystyle n=3} 处,也没有参数化解系。路易斯·J·莫德尔(英语:Louis J. Mordell)在1953年写道,除了其小整数解,“我对其一无所知”,即:

“我”也不知道为什么这三个数都满足模9同余。2019年9月底前,上述两式曾经是 n = 3 {\displaystyle n=3} 长期以来仅有的2组已知解,但就在同月月底,发现了第3组解:

1955年起,莫德尔(Mordell)等许多学者都尝试过使用计算机寻找该问题的解。对于1000以内的正整数 n {\displaystyle n} ,埃尔森汉斯(Elsenhans)与雅内尔(Jahnel)于2009年使用诺姆·埃尔奇斯提出的基于格规约的方法找到了 max ( | x | , | y | , | z | ) < 10 14 {\displaystyle \max(|x|,|y|,|z|)<10^{14}} 范围内的所有解。2016年,于斯曼(Huisman)使用同样的方法将搜索上界提升至 max ( | x | , | y | , | z | ) < 10 15 {\displaystyle \max(|x|,|y|,|z|)<10^{15}} 。到此时为止, n < 100 {\displaystyle n<100} 的正整数中,33与42以外所有模9不同余4或5的 n {\displaystyle n} 都找到了至少一组整数解。

2019年,安德鲁·布克(英语:Andrew Booker (mathematician))采用一种新方法发现了 n = 33 {\displaystyle n=33} 的一组解:

此时,他在 min ( | x | , | y | , | z | ) < 10 16 {\displaystyle \min(|x|,|y|,|z|)<10^{16}} 的范围里尚没有找到 n = 42 {\displaystyle n=42} 的解。

随后在2019年9月,布克和安德鲁·萨瑟兰(英语:Andrew Sutherland (mathematician))最终敲定了42的一个解,并在MIT数学系的网站上贴了出来:

这个解的获得在Charity Engine全球网络(Charity Engine's global grid)上耗费了130万机时。

至此1到100之间的所有整数都确认了是否有非零整数解。截至2019年9月 (2019-09),未能求解最小整数是 n = 114 {\displaystyle n=114} ,如果有解的话, ( | x | , | y | , | z | ) {\displaystyle (|x|,|y|,|z|)} 至少有一数大于100000000000。

仅剩的未解决的在1000以内的整数是114、390、627、633、732、921和975,一共有7个。

在2021年年初,579已经被解决问题,

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