2024. december 5., csütörtök

Elliptikus görbék és a Goldbach-sejtés: geometriai utazás prímszámokon keresztül

  


 

Elliptikus görbék és a Goldbach-sejtés: geometriai utazás prímszámokon keresztül

Ferenc Lengyel

2024. december

 

Absztrakt

Ez a könyv feltárja a számelmélet alapvető problémája, a Goldbach-sejtés és az elliptikus görbék gazdag matematikai keretének metszéspontját. Az egész számok két prím összegeként való kifejezésének additív problémáját geometriai kontextusba helyezve új perspektívákat, eszközöket és lehetséges megoldásokat fedezünk fel. Ez a szöveg áthidalja az analitikus számelméletet, az algebrai geometriát és a számítási módszereket, hogy átfogó útmutatót nyújtson a szakemberek és a rajongók számára egyaránt.

 

Az elméleti alapok magyarázata mellett a könyv generatív AI-vezérelt betekintést, matematikai képleteket és programozási kódokat tartalmaz, amelyek a kutatási és feltárási folyamat minden szakaszában alkalmazhatók. Minden fejezetet úgy terveztek, hogy önálló legyen, részletes utasításokkal és módszerekkel, amelyek arra ösztönzik az olvasót, hogy interaktív módon foglalkozzon az anyaggal. Akár matematikus, akár informatikus, akár kíváncsi tanuló vagy, ez a könyv magával ragadó utazást kínál a prímszámok és geometriai megfelelőik rejtélyeibe.

 

Tartalomjegyzék

1. fejezet: A Goldbach-sejtés alapjai

1.1 Történelmi eredet és megfogalmazások

1.2 Elméleti jelentősége a számelméletben

1.3 Számítási folyamat és empirikus ellenőrzések

 

2. fejezet: Bevezetés az elliptikus görbékbe

2.1 Alapvető tulajdonságok és definíciók

2.2 Racionális pontok és moduláris formák

2.3 Elliptikus görbék a modern számelméletben

 

3. fejezet: Goldbach-válaszfalak elliptikus görbe ábrázolásai

3.1 Goldbach-probléma lefordítása elliptikus görbékre

3.2 A racionális pontok mint Goldbach-válaszfalak

3.3 Példa görbékre prímpárok ábrázolásához

 

4. fejezet: Analitikai és geometriai eszközök Goldbach-elliptikus görbékhez

4.1 A moduláris aritmetika szerepe

4.2 Elliptikus görbeegyenletek átalakítása partíciók feltárására

4.3 Racionális pontok aszimptotikus viselkedése Goldbach-görbéken

 

5. fejezet: Számítási megközelítések és algoritmusok

5.1 Prímgeneráló függvények és sziták

5.2 Racionális pontok algoritmikus detektálása

5.3 A számítási erőforrások optimalizálása nagyszabású elemzéshez

 

6. fejezet: Kapcsolatok szélesebb matematikai témákkal

6.1 Metszéspontok a Riemann-hipotézissel

6.2 Kapcsolat az ikerprím-sejtéssel

6.3 Moduláris formák és L-funkciók Goldbach kontextusban

 

7. fejezet: Generatív mesterséges intelligencia a kutatásban és a felfedezésben

7.1 AI-vezérelt utasítások matematikai sejtések feltárásához

7.2 A mesterséges intelligencia kihasználása az elliptikus görbe viselkedésének modellezésére

7.3 Kódkönyvtárak interaktív kutatáshoz

 

8. fejezet: A jövő irányai és a megválaszolandó kérdések

8.1 Goldbach sejtésének általánosítása más beállításokra

8.2 Nyitott problémák az additív számelméletben

8.3 Hogyan alakíthatják a számítástechnikai fejlesztések a jövőbeli fejlődést?

 

Függelékek

A. Kulcsképletek és próbanyomatvázlatok

B. Python, Mathematica és Wolfram nyelvi kódok mintája

C. Alapművek annotált bibliográfiája

 

Index

1. fejezet: A Goldbach-sejtés alapjai

1.1 Történelmi eredet és megfogalmazások

A Goldbach-sejtés, amelyet először 1742-ben Christian Goldbach állított fel Leonhard Eulerrel folytatott levelezésben, a matematika egyik leghíresebb megoldatlan problémája. Goldbach azt javasolta, hogy minden 2-nél nagyobb egész szám kifejezhető három prím összegeként. Euler ezt finomította az "erős" vagy "bináris" Goldbach-sejtéssé, amely azt állítja:

 

n

N

,

n

2

 sőt

  

  

p

,

q

P

:

n

=

p

+

q

nN,n>2 és páros⟹∃p,qP:n=p+q

Itt

N

N jelöli a természetes számokat, és

P

P a prímszámok halmazát jelöli. Egyszerűsége ellenére ez a feltételezés minden páros szám esetében bizonyítatlan marad.

 

A legfontosabb generatív AI-kérések az előzményelemzésekhez:

"Magyarázza el a Goldbach és Euler közötti megfelelést és annak jelentőségét a matematika történetében."

"Írja le, hogy a Goldbach-sejtés gyenge és erős formái hogyan különböznek és fejlődnek az idő múlásával."

"Foglalja össze a főbb történelmi mérföldköveket a Goldbach-sejtés tanulmányozásában."

1.2 Elméleti jelentősége a számelméletben

A Goldbach-sejtés az additív számelmélet középpontjában áll, amely azt vizsgálja, hogy az egész számok hogyan ábrázolhatók más számok, különösen prímek összegeként. A bizonyítás mélyebb betekintést engedne a prímek eloszlásába és tulajdonságaiba, és szélesebb területeket befolyásolna, mint például:

 

Prímszámtétel: Annak megértése, hogyan oszlanak meg a prímek a természetes számok között.

Ikerprím-sejtés: 2-vel eltérő prímpárok vizsgálata.

Additív kombinatorika: Egész számokon belüli részhalmazok összegének elemzése.

A sejtés keresztezi az olyan analitikai technikákat is, mint a Hardy-Littlewood kör módszer és a prímek sűrűsége az aritmetikai progressziókban.

 

A generatív mesterséges intelligencia legfontosabb kérései az elméleti feltáráshoz:

"Írja le, hogy a prímszámtétel hogyan támasztja alá a Goldbach-sejtés valószínűségét."

"Hogyan keretezi az additív számelmélet a Goldbach-sejtést a modern kutatásban?"

"Matematikai kapcsolatok generálása a Goldbach-sejtés és az L-függvények között."

1.3 Számítási folyamat és empirikus ellenőrzések

A modern számítási erőfeszítések kiterjedt empirikus bizonyítékokkal támasztották alá a feltételezést.

 

1938-ban Nils Pipping manuálisan ellenőrizte a 100 000-ig terjedő páros számok sejtését.

2013-ban az elosztott számítástechnikai projektek kiterjesztették az ellenőrzést

4

×

1

0

18

4×10

18

 .

Algoritmikus fejlesztések:

A Goldbach-sejtés tesztelésére szolgáló számítási stratégiák jellemzően a következőket foglalják magukban:

 

Elsődleges generáció: Olyan sziták használata, mint az Eratosthenes vagy a szegmentált szita.

Goldbach partíció tesztelése: Minden páros számhoz

n

n, prímek keresése

p

p és

q

q úgy, hogy

n

=

p

+

q

n=p+q.

Kódpélda: Goldbach-sejtés tesztelése

Itt van egy Python implementáció, amely ellenőrzi az adott tartomány sejtését:

 

def is_prime(n):

    ha n < 2:

        return Hamis

    i esetén a tartományban(2, int(n**0.5) + 1):

        ha n % i == 0:

            return Hamis

    visszatérési érték Igaz

 

def goldbach_check(határérték):

    prímek = [n esetén a (2) tartományban, határértékben, ha is_prime(n)]

    n esetén a tartományban (4, határérték + 1, 2):

        talált = hamis

        p esetén prímekben:

            ha p > n 2:

                törik

            ha n - p prímekben:

                talált = Igaz

                törik

        Ha nem található:

            print(f"A Goldbach-sejtés sikertelen {n} esetén")

            return Hamis

    print("A Goldbach-sejtés minden tesztelt páros számra érvényes.")

    visszatérési érték Igaz

 

# Teszt akár 1000

goldbach_check(1000)

A legfontosabb generatív AI-kérések a számítási elemzésekhez:

"Hozzon létre egy Python szkriptet, hogy tesztelje a Goldbach-sejtést egy adott határértékig terjedő számokra."

"Magyarázza el az elosztott számítástechnika szerepét a nagyméretű Goldbach-partíciók ellenőrzésében."

"Alternatív algoritmusok létrehozása a Goldbach-tesztelés hatékonyságának javítása érdekében."

A piacképesség szemléltető jellemzői:

Dobozos idézetek az elkötelezettséghez:

"A Goldbach-sejtés vonzereje elegáns egyszerűségében rejlik, amely bizonyításának összetettségével párosul."

 

segédeszközök látássérülteknek:

1.1. ábra: A Goldbach-sejtés főbb mérföldköveinek idővonala.

1.2. ábra: Kis páros számok prímpár partícióit szemléltető ábra.

Gyakorlatok olvasóknak:

Írjon egy programot, amely megszámolja a Goldbach partíciók számát egy adott páros számra.

Vizsgálja meg a Goldbach-sejtés és a Chen-tétel közötti kapcsolatot valószínűségi módszerekkel.

1. fejezet: A Goldbach-sejtés alapjai

1.1 Történelmi eredet és megfogalmazások

A Goldbach-sejtés, a matematika egyik legrégebbi és legérdekesebb megoldatlan problémája, eredetét 1742-re vezeti vissza. A nagy matematikusnak, Leonhard Eulernek írt levelében Christian Goldbach azt javasolta, hogy minden 2-nél nagyobb egész szám három prím összegeként fejezhető ki. Euler finomítással válaszolt, a sejtést egyenletes egész számokra és prímpárokra összpontosítva. Ez a kifinomult állítás "erős" vagy "bináris" Goldbach-sejtésként vált ismertté:

 

n

N

,

n

2

 sőt

  

  

p

,

q

P

:

n

=

p

+

q

nN,n>2 és páros⟹∃p,qP:n=p+q

Itt

N

N természetes számokat jelöl, és

P

P a prímszámok halmaza. Egyszerűsége ellenére ez a sejtés évszázadokon át ellenállt a bizonyításnak, és továbbra is a matematikai kíváncsiság és kutatás fókuszpontja maradt.

 

A gyenge Goldbach-sejtés

Egy rokon változat, a "gyenge" vagy "hármas" Goldbach-sejtés azt állítja, hogy minden 5-nél nagyobb páratlan egész szám kifejezhető három prím összegeként. 2013-ban Harald Helfgott bebizonyította ezt a feltételezést, jelentős mérföldkövet jelezve az additív számelméletben.

 

A sejtés fejlődésének mérföldkövei:

Goldbach levele (1742): elindítja a sejtés útját.

Euler válasza: Finomítja bináris formába.

Vinogradov hozzájárulása (1937): Bemutatja, hogy minden kellően nagy páratlan egész szám három prím összege.

Helfgott bizonyítása (2013): Teljesen feloldja a gyenge sejtést.

A generatív AI-kérések a korábbi feltáráshoz:

"Magyarázza el, hogyan inspirálta Goldbach eredeti levele Euler feltételezésének újrafogalmazását."

"Írja le Vinogradov munkájának jelentőségét a gyenge Goldbach-sejtés előmozdításában."

"Sorolja fel az azonos korszak más megoldatlan problémáit és azok hatását a modern matematikára."

1.1.1 A 18. századi matematika kontextusa

A feltételezés abban az időben merült fel, amikor a prímszámok szerkezetét és tulajdonságait csak most kezdték megérteni. A matematikusokat lenyűgözte a prímek végtelen természete és kiszámíthatatlan eloszlása. Goldbach egyszerű kijelentése, amely ötvözte az összeadást és az elsődlegességet, egyszerre hidalta át ezeket a gondolatokat intuitív és forradalmi módon.

 

Szemléltető eszköz:

1.1. ábra: Részlet Goldbach Eulerhez írt eredeti leveléből, Euler válaszával párhuzamosan.

 

1.1.2 A bináris és hármas megkülönböztetés

A bináris sejtés prímpárokra vonatkozik, amelyek páros számhoz adnak hozzá, míg a hármas forma kiterjeszti ezt az elképzelést három prímre, amelyek páratlan számra összegződnek. A bináris formát "erősebbnek" tekintik, mert a bináris sejtés bizonyítása a hármas sejtést következményként jelentené.

 

A képlet kiemelése:

Páros szám esetén

n

2

n>2:

 

n

=

p

+

q

hol

p

,

q

P

n=p+qahol p,q∈P

Páratlan szám esetén

n

5

n>5:

 

n

=

p

1

+

p

2

+

p

3

hol

p

1

,

p

2

,

p

3

P

n=p

1

 +p

2

 +p

3

 ahol p

1

 ,p

2

 ,p

3

 ∈P

Programozási gyakorlat: Kis esetek ellenőrzése

Python kód: Goldbach sejtésének ellenőrzése kis páros számokra

def is_prime(n):

    ha n < 2:

        return Hamis

    i esetén a tartományban(2, int(n**0.5) + 1):

        ha n % i == 0:

            return Hamis

    visszatérési érték Igaz

 

def goldbach_verify(határérték):

    eredmények = []

    n esetén a tartományban (4, határérték + 1, 2):

        talált = hamis

        P esetén a (2, n) tartományban:

            Ha is_prime(p) és is_prime(n-p):

                eredmények.append((n, p, n - p))

                talált = Igaz

                törik

        Ha nem található:

            return f"Goldbach-sejtés sikertelen {n}" esetén

    Visszatérési eredmények

 

# Páros számok tesztelése 50-ig

goldbach_partitions = goldbach_verify(50)

nyomtatás(goldbach_partitions)

Kimeneti példa:

[(4, 2, 2), (6, 3, 3), (8, 3, 5), (10, 3, 7), ...]

1.1.3 Nyitott kihívások történelmi kontextusban

A páros számok trillióinak empirikus ellenőrzése ellenére a formális bizonyíték továbbra is megfoghatatlan. A matematikusok továbbra is analitikai, geometriai és számítási módszereket vizsgálnak e szakadék áthidalására.

 

A feltárás legfontosabb kérdései:

Miért áll ellen a Goldbach-sejtés a bizonyításnak egyszerűsége ellenére?

Hogyan befolyásolhatja a prímek eloszlása a sejtés igazságát?

Vajon a modern számítási megközelítésekből származó betekintések új bizonyítási technikákat nyújthatnak?

Ajánlott gyakorlatok olvasóknak:

Írjon egy programot, amely megszámolja a Goldbach partíciók számát páros számokig

1

0

6

10

6

 .

Vizsgálja meg, hogy a különböző elsődleges tesztelési algoritmusok hogyan befolyásolják a számítási hatékonyságot.

Fedezze fel a Goldbach és Euler közötti történelmi betűket, és értelmezze matematikai következményeiket.

1.2 Elméleti jelentősége a számelméletben

A Goldbach-sejtés központi helyet foglal el a számelméletben, mivel közvetlenül foglalkozik a prímszámok tulajdonságaival és eloszlásával. Az egész számok additív szerkezetének a számok primalitásával való összekapcsolásával a sejtés a matematika két alapvető területét hidalja át: additív kombinatorika és analitikus számelmélet.

 

1.2.1 A prímek mint az aritmetika építőkövei

A prímeket gyakran a matematika "atomjaiként" írják le, mivel szerepet játszanak az egész számok egyedi faktorizálásában. A Goldbach-sejtés azt állítva, hogy minden 2-nél nagyobb páros egész szám két prím összege, mélyreható betekintést nyújt ezen alapvető egységek és a páros számok szerkezete közötti kölcsönhatásba.

 

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Magyarázza el, miért alapvetőek a prímek a számelméletben és szerepük a Goldbach-sejtésben."

"Elemezze az egyedi faktorizáció és a Goldbach-partíciók közötti kapcsolatot."

"Készítsen vizuális ábrázolást a Goldbach-sejtés szempontjából releváns prímek eloszlásáról."

1.2.2 Kapcsolatok a prímek eloszlásával

A prímek eloszlása alátámasztja a sejtés valószínűségét. Az olyan eredmények, mint a prímszámtétel, amely megközelíti a prímek sűrűségét, azt sugallják, hogy a számok növekedésével elegendő számú prím van ahhoz, hogy összegeik lefedjék az összes páros egész számot.

 

A képlet kiemelése:

A prímszámtétel kimondja:

 

P

(

x

)

x

Ln

(

x

)

π(x)

ln(x)

x

 

hol

P

(

x

)

π(x) jelöli a prímek számát, amelyek kisebbek vagy egyenlők

x

x.

 

Következmények Goldbachra nézve:

A prímek sűrűsége logaritmikusan csökken, de elég magas marad ahhoz, hogy a prímek megfelelően kitöltsék a Goldbach-partíciókhoz szükséges tartományt.

 

1.2.3 Additív számelmélet

Az additív számelmélet azt vizsgálja, hogy az egész számok hogyan fejezhetők ki más számok összegeként. A Goldbach-sejtés az egyik sarokköve az olyan eredmények mellett, mint a Waring-probléma és az Erdős–Turán-sejtés.

 

Betekintést:

Prímek összegei: Goldbach a prímek additív tulajdonságaira összpontosít, hasonlóan a moduláris kényszerek feltárásához.

Erdős–Turán-sejtés: Kiemeli az egész számok részhalmazainak additív viselkedését.

Ramanujan Sums: Eszközöket kínál a prímek szempontjából releváns egész partíciók elemzéséhez.

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Magyarázza el, hogy az additív számelmélet hogyan keretezi a Goldbach-sejtést egy szélesebb matematikai kontextusban."

"Összehasonlító elemzés készítése Goldbach sejtése és Waring problémája között."

"Írja le, hogy a Ramanujan összegek hogyan szolgálhatnak a Goldbach-partíciók tanulmányozásának stratégiáihoz."

1.2.4 Hardy-Littlewood kör módszer

A G.H. Hardy és J.E. Littlewood által kifejlesztett kör módszer analitikus keretet biztosít az additív problémák kezelésére, beleértve a Goldbach-sejtést is. A problémát "fő ívekre" és "kisebb ívekre" osztja a prímek közelítő összegeihez.

 

A képlet kiemelése:

Egy páros egész szám ábrázolásainak száma

n

n mint két prím összegét aszimptotikusan kapjuk meg:

 

r

(

n

)

2

C

2

n

(

Ln

(

n

)

)

2

p

n

,

p

2

(

1

1

(

p

1

)

2

)

r(n)∼2C

2

 

(ln(n))

2

 

n

 

pn,p>2

 (1−

(p−1)

2

 

1

 )

hol

C

2

C

2

  az ikerprím-sejtésből származtatott állandó.

 

Példakód: Goldbach-partíciók becslése aszimptotika segítségével

Matematikai elemek importálása

 

def goldbach_estimate(n):

    ha n % 2 != 0 vagy n <= 2:

        raise ValueError("A bemenetnek 2-nél nagyobb páros egész számnak kell lennie.")

   

    c2 = 0,6601618 # Az ikerprímállandó közelítése

    log_n = math.log(n)

    becslés = (2 * c2 * n) / (log_n**2)

    Visszatérési becslés

 

# Példa a használatra

even_number = 100

print(f"Becsült Goldbach-partíciók {even_number} esetén: {goldbach_estimate(even_number):.2f}")

1.2.5 A számítás összetettsége és következményei

A Goldbach-sejtés ellenőrzése magában foglalja a prímpartíciók megtalálásának számítási összetettségének feltárását. Miközben annak ellenőrzése, hogy egy adott szám prím-e, polinomiális időben megvalósítható, egy adott prímpár meghatározása

n

n mérleg a prímek sűrűségével.

 

Számítási kérdések:

"Írj egy algoritmust a Goldbach-partíciók sűrűségének becslésére egy adott tartományban."

"Elemezze a prímtesztelési algoritmusok összetettségét a nagy Goldbach-számok összefüggésében."

Kódpélda: Elsődleges tesztelés optimalizált szitával

def sieve_of_eratosthenes(határérték):

    szita = [Igaz] * (határérték + 1)

    szit[0] = szitán[1] = hamis

    Kezdő tartomány esetén(2, INT(HATÁRÉRTÉK**0,5) + 1):

        Ha szita[start]:

            többszörös tartomány esetén (start * start, limit + 1, start):

                szita[többszörös] = hamis

    return [szám a szám helyett, is_prime a felsorolás(szitában), ha is_prime]

 

def find_goldbach_pairs(n, prímek):

    párok = [(p, n - p) p-re prímekben, ha p <= n // 2 és n - p prímekben]

    visszatérő párok

 

# Példa a használatra

prímszám = sieve_of_eratosthenes(100)

even_number = 60

print(f"Goldbach-párok {even_number}-hez: {find_goldbach_pairs(even_number, prímek)}")

Gyakorlatok olvasóknak

Elméleti feltárás: Származtassuk a Goldbach-partíciók aszimptotikus képletét a prímszámtétel segítségével.

Kódolási kihívás: Python-függvény írása számításhoz

r

(

n

)

r(n) 10 000-ig terjedő páros számok esetén.

Hogyan befolyásolja a prímek sűrűsége nagy számok közelében a Goldbach-sejtés valószínűségét?

1.3 Számítási folyamat és empirikus ellenőrzések

A Goldbach-sejtés számítógépes tanulmányozása a matematikatörténet egyik legtartósabb empirikus erőfeszítése. A 20. század eleji kézi számításoktól a modern elosztott számítási keretrendszerekig a számítási eszközök folyamatosan feszegették az ellenőrzés határait, egyre erősebb bizonyítékot szolgáltatva a sejtés érvényességére.

 

1.3.1 Korai számítási erőfeszítések

Az első jelentős empirikus igazolás 1938-ban történt, amikor Nils Pipping manuálisan ellenőrizte a sejtést minden páros számra 100 000-ig. Bár a maga idejében úttörő volt, ez a munka fáradságosan lassú volt, és a prímek és partíciók kiterjedt kézi ellenőrzését igényelte.

 

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Írja le Nils Pipping hozzájárulását a számítógépes matematikához."

"Magyarázza el a Goldbach-sejtés ellenőrzésének kihívásait modern számítástechnikai eszközök nélkül."

1.3.2 A digitális számítástechnika kora

Az elektronikus számítógépek megjelenése a 20. század közepén forradalmasította az ellenőrzési folyamatot. Az olyan algoritmusok, mint Eratosthenes szitája, lehetővé tették a gyors prímgenerálást, és az automatizált ellenőrzések kibővítették az ellenőrzött számok körét. A fontosabb mérföldkövek a következők:

 

1966: R.C. Vaughan igazolta a feltételezést

1

0

6

10

6

 .

1998: Riesel és Göhl ezt kiterjesztette

4

×

1

0

1

4

4×10

1

 4.

2013: Tomás Oliveira e Silva elosztott számítási projektje igazolta a feltételezést minden páros számra

4

×

1

0

18

4×10

18

 .

Algoritmikus fejlesztések

Prime generációs technikák:

 

Eratoszthenész alapszitája: Egy adott határértékig az összes prím előállítására szolgál.

Szegmentált sziták: Nagyobb hatékonyság nagy tartományok esetén a számítások kezelhető szegmensekre bontásával.

Példakód: Hatékony prímgenerálás szegmentált szitával

def segmented_sieve(határérték):

    Matematikai elemek importálása

    segment_size = int(math.sqrt(határérték)) + 1

    díjak = sieve_of_eratosthenes(segment_size)

    primes_in_segment = [Igaz] * segment_size

   

    prímszám prímben:

        start = max(prím * prím, segment_size * (prím // segment_size))

        többszörös tartományban (kezdet, korlát + 1, prím):

            primes_in_segment[többszörös - segment_size] = hamis

   

    segment_primes = [x for x in range(segment_size, limit + 1), if primes_in_segment[x - segment_size]]

    visszatérési prímek + segment_primes

 

# Segítő funkció: Egyszerű szita a kezdeti prímekhez

def sieve_of_eratosthenes(n):

    szita = [igaz] * (n + 1)

    szit[0] = szitán[1] = hamis

    i esetén a tartományban(2, int(n**0.5) + 1):

        ha szita[i]:

            J esetén tartományban(i * i, n + 1, i):

                szit[j] = hamis

    visszatérés [x for x, is_prime in enumerate(sieve), ha is_prime]

 

# Példa használat: Generáljon prímeket 10^6-ig

print(segmented_sieve(10**6))

A generatív AI algoritmusoptimalizálást kér:

"Hozzon létre egy optimalizált szegmentált szitát a Goldbach-partíciók ellenőrzéséhez."

"Hozzon létre egy programot a sejtés tesztelésére elosztott számítási csomópontokon."

1.3.3 Elosztott számítástechnika és modern projektek

A Goldbach-sejtés legszélesebb körű ellenőrzése az elosztott számítástechnikán alapul. Az olyan projektek, mint az Oliveira e Silva, processzorok ezreit használták több billió szám ellenőrzésére. Ezeknek a rendszereknek a legfontosabb jellemzői a következők:

 

Párhuzamos prímtesztelés: A páros számok tartományának elosztása több gép között.

Goldbach partíciós algoritmusok: Az összes prímpár hatékony tesztelése egy adott

n

n.

Hibakezelés: A csomópontok közötti számítások robusztusságának biztosítása.

Programozási példa: Elosztott Goldbach-ellenőrzés

mpi4py-ből MPI importálása

 

def is_prime(n):

    ha n < 2:

        return Hamis

    i esetén a tartományban(2, int(n**0.5) + 1):

        ha n % i == 0:

            return Hamis

    visszatérési érték Igaz

 

def goldbach_verification(kezdet, vég):

    n esetén a tartományban (kezdet, vége + 1, 2):

        érvényes= hamis

        P esetén a tartományban (2, n 2 + 1):

            Ha is_prime(p) és is_prime(n-p):

                érvényes = Igaz

                törik

        ha érvénytelen:

            return f"Goldbach sikertelen {n}"

    visszatérés "Siker"

 

# Elosztott számítási példa

comm = MPI. COMM_WORLD

rang = komm. Get_rank()

méret = comm. Get_size()

 

start = helyezés * 10000

vége = start + 10000

eredmény = goldbach_verification(kezdet, vég)

 

if rank == 0:

    eredmények = [eredmény]

    i esetén a tartományban (1, méret):

        eredmények.hozzáfűzés(comm.recv(forrás=i))

    nyomtatás(eredmények)

más:

    Comm.send(eredmény; dest=0)

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Magyarázza el az elosztott számítástechnika előnyeit a matematikai sejtések igazolására."

"Írjon egy párhuzamos feldolgozó programot a Goldbach-sejtés tesztelésére egy számtartományban."

1.3.4 Statisztikai betekintés az ellenőrzésből

A nagyszabású empirikus ellenőrzés nemcsak alátámasztja a sejtést, hanem statisztikai mintákat is feltár a Goldbach-partíciókban. Például:

 

A partíciók száma

r

(

n

)

r(n)

n

n.

Az eloszláselemzés azt sugallja, hogy a prímek elég sűrűek ahhoz, hogy lefedjék az összes páros számot.

Vizualizációs gyakorlat: Goldbach-partíciók ábrázolása

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def count_partitions(n, prímek):

    darabszám = 0

    p esetén prímekben:

        ha p > n 2:

            törik

        ha n - p prímekben:

            darabszám += 1

    Visszatérések száma

 

# Adatok generálása

prímszám = segmented_sieve(1000)

x = tartomány(4, 1000, 2)

y = [count_partitions(n, prímek) for n in x]

 

# Cselekmény

plt.plot(x, y, label="Goldbach-partíciók száma")

plt.xlabel("páros szám")

plt.ylabel("partíciók száma")

plt.title("Goldbach válaszfalak növekedése")

plt.legend()

plt.show()

Gyakorlatok olvasóknak

Írjon egy programot a sejtés ellenőrzésére

1

0

6

10

6

  szekvenciális és párhuzamos algoritmusok használatával.

Elemezze a Goldbach-partíciók statisztikai trendjeit páros számok esetén különböző tartományokban.

Beszéljétek meg a számítási eredmények következményeit a sejtés elméleti bizonyítására.

2. fejezet: Bevezetés az elliptikus görbékbe

Az elliptikus görbék a modern matematika sarokkövei, alkalmazásuk a kriptográfiától a számelméletig terjed. Ebben a fejezetben feltárjuk az elliptikus görbék alapfogalmait, különös tekintettel algebrai és geometriai tulajdonságaikra. Ez a megértés megalapozza kapcsolatukat a Goldbach-sejtéssel, amelyet a későbbi fejezetekben tárgyalunk.

 

2.1 Alapvető tulajdonságok és definíciók

Az elliptikus görbe a megoldások halmaza

(

x

,

y

)

(x,y) egy köbös egyenletre:

 

y

2

=

x

3

+

egy

x

+

b

y

2

 =x

3

 +ax+b

hol

egy

,

b

R

a,b∈R (vagy

Q

Q,

Z

Z stb.) és a diszkrimináns

D

=

16

(

4

egy

3

+

27

b

2

)

0

Δ=−16(4a

3

 +27b

2

 )

=0. Ez biztosítja, hogy a görbe nem szinguláris, vagyis nincsenek csúcsai vagy önmetszetei.

 

Főbb tulajdonságok:

Szimmetria: A görbe szimmetrikus az x tengely körül.

Csoportjog: A görbe pontjai egy meghatározott összeadási művelettel rendelkező abeliai csoportot alkotnak.

Racionális pontok: Olyan pontok, ahol

x

,

y

Q

x,y∈Q különösen érdekesek a számelméletben.

A generatív AI kéri a feltárást:

"Magyarázza el a diszkrimináns szerepét a nem szinguláris elliptikus görbék meghatározásában."

"Illusztrálja az elliptikus görbék csoporttörvényét Python vagy Mathematica segítségével."

"Generáljon példákat meghatározott tulajdonságokkal rendelkező elliptikus görbékre."

Vizuális ábrázolás:

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

Numpy importálása NP-ként

 

def plot_elliptic_curve a) és b):

    x = np.linspace(-3; 3; 400)

    y2 = x**3 + a*x + b

    y = np.sqrt(np.maximum(y2, 0))

    PLT.PLOT(x, y; label="y = sqrt(x^3 + ax + b)")

    PLT.plot(x, -y, label="y = -sqrt(x^3 + ax + b)")

    plt.title(f"Elliptikus görbe: y^2 = x^3 + {a}x + {b}")

    plt.axhline(0; color="black";linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="fekete";vonalvastagság=0,5)

    plt.grid(color = 'szürke', vonalstílus = '--', vonalvastagság = 0,5)

    plt.legend()

    plt.show()

 

# Példa görbe a = -1, b = 1

plot_elliptic_curve(-1, 1)

2.2 Racionális pontok és moduláris formák

Racionális pontok

Az elliptikus görbék racionális pontjainak tanulmányozása a számelmélet alapja. A Mordell-Weil tétel azt állítja, hogy a racionális pontok halmaza

E

(

Q

)

E(Q) végesen generált abeliai csoportot alkot:

 

E

(

Q

)

T

Z

r

E(Q)≅T⊕Z

r

 

hol

T

T a torziós alcsoport és

r

r a görbe rangja.

 

Moduláris formák és elliptikus görbék

Az elliptikus görbék mélyen kapcsolódnak a moduláris formákhoz, különösen a modularitási tételen keresztül, amely kimondja, hogy minden elliptikus görbe

Q

A Q moduláris formához kapcsolódik.

 

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el a Mordell-Weil tételt és annak következményeit a racionális pontokra."

"Írja le egyszerűen az elliptikus görbék és a moduláris formák közötti kapcsolatot."

"Generáljon példákat különböző rangú és torziós alcsoportokkal rendelkező elliptikus görbékre."

2.3 Elliptikus görbék a modern számelméletben

Az elliptikus görbék átalakították a számelméletet, különösen olyan területeken, mint:

 

Kriptográfia: Az elliptikus görbe kriptográfia (ECC) a biztonságos kommunikáció alapja.

Fermat utolsó tétele: Andrew Wiles bizonyította elliptikus görbékkel és moduláris formákkal.

Goldbach-kapcsolatok: A prímpárok elliptikus görbék pontjaiként való ábrázolása új megközelítéseket kínál az additív problémákra.

Példakód: Ellenőrizze, hogy egy pont elliptikus görbén fekszik-e

def is_point_on_curve(x, y, a, b):

    visszatérési y**2 == x**3 + a*x + b

 

# Példa: Ellenőrizze, hogy (2, 3) y^2 = x^3 - x + 1-en fekszik-e

a, b = -1, 1

x, y = 2, 3

print(f"A pont ({x}, {y}) a görbén fekszik: {is_point_on_curve(x, y, a, b)}")

Gyakorlatok olvasóknak

Görbeelemzés: Ábrázolja az elliptikus görbéket a különböző értékeihez

egy

a és

b

b, figyelembe véve a diszkrimináns hatásait.

Racionális pontok feltárása: Írjon egy programot, amely megtalálja az összes racionális pontot egy adott görbén egy bizonyos határig.

Kriptográfiai alkalmazások: Magyarázza el, hogy az elliptikus görbékre vonatkozó csoporttörvény hogyan támasztja alá az ECC-t.

2.1 Alapvető tulajdonságok és definíciók

Az elliptikus görbék a modern matematika alapvető tárgyai, gazdag algebrai és geometriai struktúrákkal. Kulcsszerepet játszanak a számelméletben, a kriptográfiában és az algebrai geometriában. Ez a rész bemutatja az elliptikus görbék alapvető definícióit, tulajdonságait és jellemzőit, megalapozva alkalmazásukat a számelméletben és a Goldbach-sejtés feltárásában.

 

2.1.1 Az elliptikus görbe meghatározása

Az elliptikus görbe pontok halmaza

(

x

,

y

)

(x,y) abban a síkban, amely kielégíti az alábbi alakú köbegyenletet:

 

y

2

=

x

3

+

egy

x

+

b

y

2

 =x

3

 +ax+b

hol

egy

,

b

R

a,b∈R (vagy

Q

Q,

Z

Z stb.) és a diszkrimináns

D

0

D

=0. A diszkriminánst a következő képlet adja meg:

 

D

=

16

(

4

egy

3

+

27

b

2

)

Δ=16(4a

3

 +27b

2

 )

A feltétel

D

0

D

=0 biztosítja, hogy a görbe nem szinguláris, azaz nincsenek csúcsai vagy önmetszései.

 

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Magyarázza el a diszkrimináns jelentőségét az elliptikus görbék összefüggésében."

"Generáljon egyenleteket nem szinguláris elliptikus görbékhez, amelyek meghatározott tulajdonságokkal rendelkeznek."

"Írja le a szinguláris és nem szinguláris görbék közötti különbségeket geometriailag és algebrailag."

2.1.2 Geometriai tulajdonságok

Az elliptikus görbék egyedi geometriai jellemzőkkel rendelkeznek:

 

Szimmetria: Az elliptikus görbék szimmetrikusak az x tengely körül. Minden pontért

(

x

,

y

)

(x,y), a lényeg

(

x

,

y

)

(x,−y) szintén a görbén fekszik.

Csoportszerkezet: Pontok egy elliptikus görbén, valamint egy speciális "pont a végtelenben"

O

O, alkosson egy abeliai csoportot egy összeadási művelet alatt.

Vizuális ábrázolás

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

Numpy importálása NP-ként

 

def plot_elliptic_curve a) és b):

    x = np.linspace(-3; 3; 400)

    y2 = x**3 + a*x + b

    y = np.sqrt(np.maximum(y2, 0))

    PLT.PLOT(x, y; label="y = sqrt(x^3 + ax + b)")

    PLT.plot(x, -y, label="y = -sqrt(x^3 + ax + b)")

    plt.title(f"Elliptikus görbe: y^2 = x^3 + {a}x + {b}")

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.legend()

    plt.show()

 

# Példa: Plot y^2 = x^3 - x + 1

plot_elliptic_curve(-1, 1)

A generatív AI vizualizációt kér:

"Írj egy Python programot az elliptikus görbék megjelenítésére különböző paraméterekhez

egy

a és

b

b."

"Hozzon létre egy diagramot, amely kiemeli az elliptikus görbék szimmetriáját."

2.1.3 Algebrai csoportjog

Az elliptikus görbén végzett összeadási műveletet geometriailag definiáljuk:

 

Két pontot adott

P

P és

Q

Q, az átmenő vonal

P

P és

Q

Q metszi a görbét egy harmadik pontban

R

R.

Tükröz

R

R az x tengelyen keresztül a

R

−R, amely definíciója:

P

+

Q

P+Q.

Ha

P

=

Q

P=Q, a görbe érintője

P

A vonal helyett P-t használnak.

 

Az összeadás képlete:

Két pontra

P

=

(

x

1

,

y

1

)

P=(x

1

 ,y

1

 ) és

Q

=

(

x

2

,

y

2

)

Q=(x

2

 ,y

2

 ):

 

x

3

=

s

2

x

1

x

2

,

y

3

=

s

(

x

1

x

3

)

y

1

x

3

 =s

2

 −x

1

 −x

2

 ,y

3

 =s(x

1

 −x

3

 )−y

1

 

hol

s

s a meredekség:

 

s

=

{

y

2

y

1

x

2

x

1

,

ha

P

Q

3

x

1

2

+

egy

2

y

1

,

ha

P

=

Q

s={

x

2

 −x

1

 

y

2

 −y

1

 

 ,

2 év

1

 

3-szor

1

2

 +a

 ,

 

ha P

=Q

ha P=Q

 

Példakód: A csoportjog végrehajtása

def add_points(p1, p2, a):

    ha p1 == "O":

        visszatérés p2

    ha p2 == "O":

        visszatérés p1

   

    x1, y1 = p1

    x2, y2 = p2

   

    Ha x1 == x2 és y1 == -y2:

        visszatérés "O"

   

    Ha p1 != p2:

        s = (y2 - y1) / (x2 - x1)

    más:

        s = (3 * x1**2 + a) / (2 * y1)

   

    x3 = s**2 - x1 - x2

    y3 = s * (x1 - x3) - y1

   

    Vissza (x3, y3)

 

# Példa: Pontok hozzáadása y^2 = x^3 - x + 1

a, b = -1, 1

p1 = (2, 3)

p2 = (2, -3)

print(f"{p1} és {p2} összege: {add_points(p1, p2, a)}")

2.1.4 Számelméleti alkalmazások

Az elliptikus görbéknek mélyreható következményei vannak a számelméletre:

 

Racionális pontok: megoldások

Q

Q mély aritmetikai tulajdonságokat tár fel.

Diofantoszi egyenletek: Az elliptikus görbéket egész megoldásokkal rendelkező egyenletek megoldására használják.

Fermat utolsó tétele: Moduláris formákkal és elliptikus görbékkel bizonyítva.

A generatív AI számelméletet kér:

"Magyarázza el, hogy az elliptikus görbék csoporttörvénye hogyan segíti a diofantoszi egyenletek megoldását."

"Írja le az elliptikus görbék szerepét Fermat utolsó tételének bizonyításában."

Gyakorlatok olvasóknak

Fedezze fel a szimmetriát: Írjon egy programot a számításhoz

P

+

(

P

)

P+(−P) egy elliptikus görbe különböző pontjaira, és erősítse meg, hogy

P

+

(

P

)

=

O

P+(−P)=O.

Csoportjogi alkalmazás: Hajtsa végre a csoporttörvényt több pontösszeadás és skaláris szorzás kiszámításához.

Görbe generálása: Adott elliptikus görbék generálása

egy

a és

b

b értékeket, és osztályozza őket szingulárisként vagy nem szingulárisként.

2.2 Racionális pontok és moduláris formák

Az elliptikus görbék különösen érdekesek a racionális pontok tanulmányozásában - a görbe olyan pontjaiban, ahol mindkét koordináta racionális szám. Ezeknek a pontoknak a vizsgálata keresztezi a moduláris formákat, mély kapcsolatokat teremtve az algebra, a geometria és a számelmélet között. Ez a rész bemutatja a racionális pontok és a moduláris formák fogalmát, és feltárja kölcsönhatásukat a modern matematikában.

 

2.2.1 Racionális pontok elliptikus görbéken

Egy racionális pont egy elliptikus görbén

E

E meghatározása

y

2

=

x

3

+

egy

x

+

b

y

2

 =x

3

 +ax+b bármely pont

(

x

,

y

)

(x,y) ahol

x

,

y

Q

x,y∈Q. Az összes ilyen pont halmaza, valamint egy pont a végtelenben

O

O, abeliai csoportot alkot az elliptikus görbe csoporttörvénye szerint.

 

Mordell-Weil tétel

A Mordell-Weil tétel kimondja, hogy a racionális pontok csoportja

E

(

Q

)

E(Q) végesen generált:

 

E

(

Q

)

T

Z

r

E(Q)≅T⊕Z

r

 

Itt:

 

T

T a torziós alcsoport, amely véges rendű pontokból áll.

r

r a görbe rangja, amely a független racionális pontok számát képviseli.

A generatív AI racionális pontokat kér:

"Magyarázza el a Mordell-Weil tételt és annak jelentőségét az elliptikus görbékre."

"Írj egy programot, amely megtalálja az összes racionális pontot egy adott elliptikus görbén egy adott határig."

"Vizsgálja meg az elliptikus görbe rangja és a racionális pontok eloszlása közötti kapcsolatot."

2.2.2 Moduláris formák és elliptikus görbék

A moduláris formák összetett analitikai függvények, mély aritmetikai jelentőséggel. Az elliptikus görbékkel való kapcsolatukat a modularitási tétel révén hozták létre, amely kimondja:

 

Minden elliptikus görbe

E

E felett

Q

Q megfelel a 2-es súly moduláris formájának a

S

L

(

2

,

Z

)

SL(2,Z).

 

Moduláris forma meghatározása:

Moduláris forma

f

(

z

)

f(z) holomorf függvény a felső félsíkon, amely kielégíti:

 

Moduláris átalakítás:

f

(

egy

z

+

b

c

z

+

d

)

=

(

c

z

+

d

)

k

f

(

z

)

,

(

egy

b

c

d

)

S

L

(

2

,

Z

)

f(

cz+d

AZ+B

 )=(cz+d)

k

 f(z),(

egy

c

 

b

d

 )SL(2;Z)

Holomorf a végtelenben:

f

(

z

)

f(z) holomorf módon kiterjed a csúcsokra.

Modularitás és racionális pontok

A modularitási tétel azt jelenti, hogy minden elliptikus görbe

E

Az E moduláris formához társítható

f

(

z

)

f(z), aritmetikai adatok kódolása

E

E, mint például a racionális pontjai.

 

Példa: A görbe

y

2

=

x

3

x

y

2

 =x

3

 −x

Részére

y

2

=

x

3

x

y

2

 =x

3

 −x, a kapcsolódó moduláris forma

f

(

z

)

f(z) racionális pontjainak, torziós alcsoportjának és rangjának tulajdonságait rögzíti.

 

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Magyarázza el a modularitási tételt az elliptikus görbék összefüggésében."

"Generáljon moduláris formákat, amelyek specifikus elliptikus görbékhez kapcsolódnak."

"Illusztrálja a moduláris formák és az elliptikus görbék racionális pontjai közötti kapcsolatot."

2.2.3 A racionális pontok számítógépes megközelítései

Racionális pontok keresése szitákon keresztül

A racionális pontok keresése gyakran számítási technikákat, például szitákat vagy leereszkedési módszereket foglal magában.

 

Példa: Racionális pontok ellenőrzése

sympy import szimbólumokból, Eq, solveset, S, Rational

 

def find_rational_points(a, b, kötött):

    x, y = szimbólumok ("x y")

    egyenlet = Eq(y**2, x**3 + a*x + b)

    rational_points = []

    x_val tartományban (-kötött, kötött + 1):

        rhs = x_val**3 + a*x_val + b

        y_val = solveset(Eq(y**2, rhs), y, tartomány=S.Reals)

        Val esetében y_val-ben:

            Ha val.is_rational:

                rational_points.append((Racionális(x_val), Racionális(val)))

    Visszatérési rational_points

 

# Példa: Keressen racionális pontokat y^2 = x^3 - x |x| <= 10

a, b = -1, 0

pont = find_rational_points(a, b, 10)

print(f"Racionális pontok: {pontok}")

Moduláris aritmetikai és racionális pontok

Moduláris aritmetika segítségével lehetőség van racionális pontok tesztelésére modulo a prím

p

p és emelje fel a megoldásokat racionális pontokra

Q

Q.

 

Gyakorlatok olvasóknak:

Racionális pontok kiszámítása: Írjon egy programot az összes racionális pont kiszámításához

y

2

=

x

3

+

egy

x

+

b

y

2

 =x

3

 +ax+b adott

egy

,

b

a,b és a

x

x.

Fedezze fel a moduláris űrlapokat: Vizsgálja meg a különböző elliptikus görbék moduláris formáit olyan eszközökkel, mint a SageMath vagy a Wolfram Language.

Torziós alcsoport-elemzés: Írjon egy függvényt a torziós alcsoportjának meghatározásához

E

(

Q

)

E(Q) meghatározott görbék esetében.

2.3 Elliptikus görbék a modern számelméletben

Az elliptikus görbék nélkülözhetetlenné váltak a modern számelméletben, és számos területet befolyásolnak a kriptográfiától az algebrai geometriáig. Hasznosságuk a racionális pontokkal, moduláris formákkal, L-függvényekkel és sejtésekkel, például a Birch és Swinnerton-Dyer sejtéssel való mély kapcsolatukból fakad. Ez a rész feltárja az elliptikus görbék jelentős szerepét a kortárs matematikai kutatásban.

 

2.3.1 Elliptikus görbék és Fermat utolsó tétele

Az elliptikus görbék híresen központi szerepet játszottak Andrew Wiles Fermat utolsó tételének bizonyításában. Wiles demonstrálta a félstabil elliptikus görbék modularitását, ami viszont a Fermat-tételt a Frey-görbén keresztül jelentette.

 

A Frey-görbe:

Részére

egy

n

+

b

n

=

c

n

egy

n

 +b

n

 =c

n

 ,

n

2

n>2, vegye figyelembe az elliptikus görbét:

 

y

2

=

x

(

x

egy

n

)

(

x

+

b

n

)

y

2

 =x(x−a

n

 )(x+b

n

 )

Ennek a görbének olyan tulajdonságai vannak, amelyek ütköznek a modularitási tétellel, ha

n

2

n>2, így megcáfolva a Fermat-egyenlet nemtriviális megoldásainak létezését.

 

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el, hogy a Frey-görbe hogyan kapcsolja össze az elliptikus görbéket Fermat utolsó tételével."

"Generáljon példákat a Frey-görbékre a

egy

,

b

,

c

,

n

a, b, c, n."

"Írja le, hogy a modularitási tétel hogyan oldja meg a számelmélet régóta fennálló feltételezéseit."

2.3.2 A Birch és Swinnerton-Dyer sejtés

A Birch és Swinnerton-Dyer sejtés (BSD) egyike a hét millenniumi díjproblémának, amely 1 millió dollárt kínál bizonyítékért vagy cáfolatért. Mély kapcsolatot feltételez a rang között

r

elliptikus görbe r

E

E felett

Q

Q és L-függvényének viselkedése

L

(

E

,

s

)

L(E,s):

 

Sejtési kijelentés:

A rang

r

r az

E

(

Q

)

E(Q) egyenlő az eltűnés sorrendjével

L

(

E

,

s

)

L(E,s) az

s

=

1

s=1.

 

L-függvény elliptikus görbékhez:

L

(

E

,

s

)

=

n

=

1

egy

n

n

s

L(E,s)=

n=1

 

n

s

 

egy

n

 

 

hol

egy

n

egy

n

  Kódolja a megoldások számát a következőre:

E

E modulo

n

n.

 

Példakód: Közelítés

L

(

E

,

s

)

L(E,s):

def l_function_coefficients(n, a, b):

    # Az y^2 = x^3 + ax + b elliptikus görbére a_n együtthatókat generál

    oldatok = 0

    x esetén az (n) tartományban:

        rhs = (x**3 + a*x + b) % n

        Megoldások += szum(1 y esetén az (n) tartományban, ha y**2 % n == Rhs)

    Visszaküldési megoldások - N

 

def l_function(E, s, kifejezés=100):

    a, b = E

    l_sum = szum(l_function_coefficients(n, a, b) / (n**s) n esetén a tartományban(1, kifejezések + 1))

    Visszatérési l_sum

 

# Példa: Hozzávetőleges L(E, s) y^2 = x^3 - x esetén

a, b = -1, 0

s = 1,5

print(f"L(E, {s}) ≈ {l_function((a, b), s)}")

Generatív AI-kérések:

"Írja le a Birch és Swinnerton-Dyer sejtést és annak következményeit az elliptikus görbékre."

"Hozzon létre egy programot egy elliptikus görbe L-függvényének közelítésére."

"Magyarázza el az elliptikus görbe rangja és racionális pontjai közötti kapcsolatot."

2.3.3 Elliptikus görbe kriptográfia

Az elliptikus görbe kriptográfia (ECC) az elliptikus görbék gyakorlati alkalmazása a biztonságos kommunikációban. Az ECC kihasználja az elliptikus görbe diszkrét logaritmus probléma (ECDLP) megoldásának nehézségét:

 

Adott pontok

P

P és

Q

Q elliptikus görbén

E

E, keressen egy egész számot

k

k úgy, hogy

Q

=

k

P

Q=kP.

 

Az ECC legfontosabb előnyei:

Hatékonyság: Az ECC egyenértékű biztonságot nyújt kisebb kulcsméretekkel, mint a hagyományos rendszerek, például az RSA.

Biztonság: Az ECDLP számítási szempontból nehéz, erős titkosítást biztosít.

Példakód: ECC kulcscsere

def ecc_add(p1, p2, a, b, mod):

    ha p1 == "O":

        visszatérés p2

    ha p2 == "O":

        visszatérés p1

 

    x1, y1 = p1

    x2, y2 = p2

 

    Ha x1 == x2 és y1 == -y2 % mod:

        visszatérés "O"

 

    Ha p1 != p2:

        s = ((y2 - y1) * pow(x2 - x1, -1, mod)) % mod

    más:

        s = ((3 * x1**2 + a) * pow(2 * y1, -1, mod)) % mod

 

    x3 = (s**2 - x1 - x2) % mod

    y3 = (s * (x1 - x3) - y1) % mod

 

    Vissza (x3, y3)

 

# Példa ECC felett mod p = 17, görbe: y^2 = x^3 - x + 1

a, b, mod = -1, 1, 17

p1 = (2, 7)

p2 = (5, 8)

print(f"ECC pont összeadása: {ecc_add(p1, p2, a, b, mod)}")

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el, hogy az elliptikus görbe diszkrét logaritmus problémája hogyan biztosítja a biztonságos titkosítást."

"Írjon egy programot az ECC-alapú kulcscsere végrehajtásához."

"Hasonlítsa össze az ECC-t más kriptográfiai rendszerekkel, mint például az RSA vagy a Diffie-Hellman."

2.3.4 Elliptikus görbék és additív számelmélet

Az elliptikus görbéknek egyre nagyobb alkalmazásai vannak az additív számelméletben, például olyan problémák ábrázolására, mint a Goldbach-sejtés. Prím párok

(

p

,

q

)

(p,q) képződő Goldbach-válaszfalak elliptikus görbék pontjaiként leképezhetők, geometriai betekintést nyújtva eloszlásukba.

 

Generatív AI-kérések:

"Fedezze fel az elliptikus görbék használatát a prímszám-eloszlások elemzésében."

"Goldbach-partíciók leképezésének generálása elliptikus görbékre."

"Ismertesse a geometriai módszerek potenciálját az additív problémák megoldásában."

Gyakorlatok olvasóknak

Frey-görbe elemzés: Frey-görbék származtatása és ábrázolása

egy

n

+

b

n

=

c

n

egy

n

 +b

n

 =c

n

  meghatározott értékekkel.

BSD vizsgálat: Egy elliptikus görbe rangjának közelítése numerikus módszerekkel

L

(

E

,

s

)

L(E,s).

Kriptográfiai alkalmazások: ECC-kulcscsere szimulálása két felhasználó között.

3. fejezet: Goldbach-válaszfalak elliptikus görbe ábrázolásai

A Goldbach-sejtést, amely azt állítja, hogy minden 2-nél nagyobb páros egész szám kifejezhető két prím összegeként, hagyományosan additív számelmélettel elemezték. Egy új megközelítés azonban elliptikus görbéket használ ezeknek a prímpároknak a geometriai és algebrai modellezésére. Ez a fejezet azt vizsgálja, hogy az elliptikus görbék hogyan ábrázolhatják a Goldbach-partíciókat, új perspektívákat és eszközöket kínálva ennek az évszázados sejtésnek a tanulmányozásához.

 

3.1 Goldbach-probléma lefordítása elliptikus görbékre

Goldbach partíciók leképezése

Páros egész szám Goldbach-partíciója

n

n egy prímpár

(

p

,

q

)

(p,q) úgy, hogy

p

+

q

=

n

p+q=n. Ezek a párok leképezhetők az elliptikus görbék pontjaira egy görbe meghatározásával, ahol:

 

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

hol

p

+

q

=

n

 és

p

,

q

P

.

y

2

 =x(x−p)(x−q),ahol p+q=n és p,q∈P.

A geometriai perspektíva

Ez a leképezés az additív problémát geometriai problémává alakítja, ahol a prímek eloszlása megfelel az elliptikus görbék racionális pontjainak szerkezetének. Ezeknek a pontoknak a vizsgálata betekintést nyújt a prímpárok természetébe és kapcsolataiba.

 

Kódpélda: Goldbach-elliptikus görbék építése

def goldbach_elliptic_curve(n):

    prímek = [p for p in range(2, n) if all(p % d != 0 for d in range(2, int(p**0,5) + 1))]

    görbék = []

    p esetén prímekben:

        q = n - p

        Ha q prímekben és q >= p:

            curves.append((p, q, f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})"))

    visszatérési görbék

 

# Példa: Elliptikus görbék generálása n = 20 esetén

n = 20

görbék = goldbach_elliptic_curve(n)

görbék görbéi esetében:

    print(f"Prímpár: {görbe[0]}, {görbe[1]} -> Görbe: {görbe[2]}")

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el, hogy az elliptikus görbék hogyan modellezhetik a Goldbach válaszfalakat geometriailag."

"Generáljon elliptikus görbeegyenleteket páros egész számokra és prímpárjaikra."

"Írja le a prímpárok geometriai ábrázolásának előnyeit."

3.2 A racionális pontok mint Goldbach-válaszfalak

Racionális pontok és Goldbach párok

Az elliptikus görbén

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

y

2

 =x(x−p)(x−q), racionális pontok prímpároknak felelnek meg

(

p

,

q

)

(p,q). Az összes ilyen pont halmaza a Goldbach-sejtés közvetlen geometriai ábrázolását biztosítja egy adott

n

n.

 

Példakód: racionális pontok ellenőrzése Goldbach-görbéken

sympy import szimbólumokból, Eq, solveset, S

 

def is_rational_point(x, y, p, q):

    return Eq(y**2, x*(x - p)*(x - q)).subs({'x': x, 'y': y})

 

# Példa: Ellenőrizze az n = 20, prímpár racionális pontjait (7, 13)

x, y = szimbólumok ("x y")

p, q = 7, 13

print(f"A (7, 13) görbén van? {is_rational_point(p, q, p, q)}")

Generatív AI-kérések:

"Fedezze fel, hogyan kapcsolódnak az elliptikus görbék racionális pontjai a Goldbach-válaszfalakhoz."

"Írj egy programot, hogy megtaláld az összes racionális pontot egy adott Goldbach-elliptikus görbéhez."

"Írja le, hogy egy görbe rangja hogyan befolyásolja a Goldbach-partíciók számát."

3.3 Példa görbékre prímpárok ábrázolásához

Esettanulmány:

n

=

20

n=20

Részére

n

=

20

n=20, a Goldbach-partíciók

(

3

,

17

)

,

(

7

,

13

)

(3,17),(7,13). A megfelelő elliptikus görbék a következők:

 

y

2

=

x

(

x

3

)

(

x

17

)

,

y

2

=

x

(

x

7

)

(

x

13

)

.

y

2

 =x(x−3)(x−17);y

2

 =x(x−7)(x−13).

A görbék megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

Numpy importálása NP-ként

 

def plot_goldbach_curve(p, q):

    x = np.linspace(0; max(p; q) + 5; 400)

    y2 = x * (x - p) * (x - q)

    y = np.sqrt(np.maximum(y2, 0))

    PLT.PLOT(x, y, label=f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.plot(x, -y, label=f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.legend()

    plt.title(f"Goldbach-görbe párra ({p}, {q})")

    plt.show()

 

# Példa: Plot görbe for (7, 13)

plot_goldbach_curve(7, 13)

Generatív AI-kérések:

"Vizualizáljuk a Goldbach-partícióknak megfelelő elliptikus görbéket adott páros egész számokra."

"Elemezze, hogy a különböző prímpárok hogyan befolyásolják a Goldbach-elliptikus görbék alakját."

"Készítsen esettanulmányokat a Goldbach-görbékről egész számok tartományára."

Gyakorlatok olvasóknak

Görbe konstrukció: Írjon egy programot az összes Goldbach elliptikus görbe felépítéséhez és ábrázolásához

n

100

n≤100.

Prímpárok elemzése: Vizsgálja meg, hogyan befolyásolja a prímpárok sűrűsége a nagy görbék számát

n

n.

Rangkutatás: Tanulmányozzuk, hogy a Goldbach-görbék rangja hogyan viszonyul a sejtés érvényességéhez.

3.1 Goldbach-probléma lefordítása elliptikus görbékre

A Goldbach-sejtés, amely azt állítja, hogy minden 2-nél nagyobb páros egész szám kifejezhető két prím összegeként, alapvetően additív probléma a számelméletben. Ha azonban ezt a problémát lefordítjuk az elliptikus görbék birodalmára, geometriai és algebrai eszközökkel vizsgálhatjuk. Ez a megközelítés új utakat nyit a prímeloszlások és a görbeelmélettel való kapcsolatuk megértéséhez.

 

3.1.1 Goldbach-válaszfalak ábrázolása

Páros egész szám Goldbach-partíciója

n

n egy prímpár

(

p

,

q

)

p,q) úgy, hogy:

 

p

+

q

=

n

.

p+q=n.

Ahhoz, hogy ezt lefordítsuk az elliptikus görbék nyelvére, definiálunk egy görbecsaládot, amelyet a

n

n:

 

E

n

,

p

:

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

hol

q

=

n

p

.

E

n,p

 :y

2

 =x(x−p)(x−q),ahol q=n−p.

Itt

p

p és

q

q a partíciót alkotó prímek, és

x

,

y

x,y változók, amelyek a görbe pontjait képviselik.

 

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Írja le a Goldbach-válaszfalak leképezését elliptikus görbékre geometriailag."

"Magyarázza el az elliptikus görbék használatának algebrai következményeit a prímpárok ábrázolására."

"Generáljon elliptikus görbék családját a

n

=

30

n=30."

3.1.2 Prímpárok geometriai értelmezése

A görbe

E

n

,

p

E

n,p

  beágyazza a aritmetikai szerkezetét

n

n geometriai keretbe. A görbe racionális pontjai a következő kombinációknak felelnek meg:

p

p és

q

K, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a sejtést a geometria lencséjén keresztül tanulmányozzuk:

 

Szimmetria: A görbe tükrözi a partíció belső szimmetriáját

(

p

,

q

)

p,q) a következők tekintetében

n

n.

Eloszlás: A görbe szerkezete betekintést nyújt a prímek eloszlásába

n

n nő.

Kódpélda: Goldbach-elliptikus görbék építése

def construct_goldbach_curve(n):

    prímek = [p for p in range(2, n) if all(p % d != 0 for d in range(2, int(p**0,5) + 1))]

    görbék = []

    p esetén prímekben:

        q = n - p

        Ha q prímekben és q >= p:

            curves.append((p, q, f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})"))

    visszatérési görbék

 

# Példa: Görbék generálása n = 20 esetén

n = 20

goldbach_curves = construct_goldbach_curve(n)

goldbach_curves-beli görbe esetében:

    print(f"Prímpár: {görbe[0]}, {görbe[1]} -> Görbe: {görbe[2]}")

Generatív AI-kérések:

"Írjon egy programot a Goldbach-elliptikus görbék generálásának automatizálására páros egész számokra."

"Magyarázza el a szimmetria szerepét a Goldbach-partíciók geometriai ábrázolásában."

"Elemezze az elliptikus görbék viselkedését

n

n növekszik."

3.1.3 Analitikai betekintés elliptikus görbékből

Az elliptikus görbék használata lehetővé teszi számunkra, hogy az algebrai geometria és a számelmélet analitikai eszközeit alkalmazzuk a Goldbach-sejtés tanulmányozására:

 

Racionális pontok: A racionális pontok száma és eloszlása

E

n

,

p

E

n,p

  tükrözik a Goldbach-válaszfalak sűrűségét.

Torziós alcsoportok: A görbe torziós szerkezete algebrai kényszereket biztosít a lehetséges partíciókra.

L-függvények: A társított L-függvények aritmetikai információkat kódolhatnak a képződő prímekről

n

n.

Példakód: racionális pontok ellenőrzése Goldbach-görbéken

sympy import szimbólumokból, Eq, solveset, S

 

def find_rational_points(p, q):

    x, y = szimbólumok ("x y")

    curve_eq = Eq(y**2, x * (x - p) * (x - q))

    rational_points = []

    x_val tartományban (0, max(p, q) + 1):

        rhs = x_val * (x_val - p) * (x_val - q)

        y_vals = solveset(Eq(y**2, rhs), y, tartomány=S.Reals)

        y_vals y_val esetében:

            Ha y_val.is_rational:

                rational_points.append((x_val, y_val))

    Visszatérési rational_points

 

# Példa: Keressen racionális pontokat n = 20, prímpár (7, 13)

p, q = 7, 13

pont = find_rational_points(p, q)

print(f"Racionális pontok az y^2 görbén = x(x - {p})(x - {q}): {pontok}")

3.1.4 Alkalmazások és jövőbeli irányok

Ez a geometriai megközelítés nemcsak új módszereket kínál a Goldbach-sejtés elemzéséhez, hanem szélesebb körű alkalmazásokat is javasol:

 

Vizualizáció: A geometriai ábrázolások mintákat tárhatnak fel a prímeloszlásokban.

Kapcsolódás a sejtésekhez: Az elliptikus görbe technikák keresztezhetik az olyan problémákat, mint a Riemann-hipotézis vagy az ikerprím-sejtés.

Algoritmusfejlesztés: Az elliptikus görbék elemzésére szolgáló számítási eszközök alkalmazhatók a Goldbach-sejtés nagyszabású ellenőrzésére.

Gyakorlatok olvasóknak:

Görbe feltárása: Goldbach elliptikus görbék megépítése és ábrázolása

n

=

10

,

20

,

50

n=10,20,50.

Prímpár-elemzés: Vizsgálja meg a racionális pontok sűrűségét nagy görbéken

n

n.

Geometriai betekintések: Írja le, hogyan változik a Goldbach-görbék alakja a különböző prímpartíciókkal.

3.2 A racionális pontok mint Goldbach-válaszfalak

Az elliptikus görbék összefüggésében a racionális pontok a Goldbach-partíciók geometriai ábrázolását biztosítják. Minden racionális pont egy prímpárnak felel meg

(

p

,

q

)

(p,q) kielégíti az egyenletet

p

+

q

=

n

p+q=n. Ezeket a partíciókat elliptikus görbékre leképezve algebrai és geometriai eszközökkel tanulmányozhatjuk eloszlásukat és tulajdonságaikat.

 

3.2.1 Racionális pontok Goldbach-elliptikus görbéken

Racionális pontok meghatározása

Az űrlap Goldbach-elliptikus görbéjéhez:

 

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

hol

p

+

q

=

n

,

y

2

 =x(x−p)(x−q),ahol p+q=n,

A racionális pont megoldás

(

x

,

y

)

(x,y), ahol mindkettő

x

x és

y

y racionális számok.

 

Az összes ilyen pont halmaza, valamint a végtelenben lévő pont

O

O, csoportot alkot az elliptikus görbe összeadási törvénye alatt. A Goldbach-sejtéshez ezek a pontok geometriailag kódolják a prímpárokat

(

p

,

q

)

(p,q).

 

A generatív AI-kérések kulcsa:

"Magyarázza el az elliptikus görbék racionális pontjai és a Goldbach-válaszfalak közötti kapcsolatot."

"Írja le, hogy az elliptikus görbék csoportszerkezete hogyan kapcsolódik a prímpárok eloszlásához."

"Generáljon példákat a Goldbach-partíciókat reprezentáló elliptikus görbék racionális pontjaira."

3.2.2 Racionális pontok feltárása

A racionális pontok eloszlása

A racionális pontok eloszlása a Goldbach-elliptikus görbéken tükrözi a prímpárok sűrűségét és elrendezését. Nagyobb értékek

n

n általában racionálisabb pontokkal rendelkező görbékhez vezet, amelyek korrelálnak a prímpartíciók növekvő számával.

 

Kódpélda: Racionális pontok keresése

sympy import szimbólumokból, Eq, solveset, S

 

def find_rational_points_on_curve(p, q):

    x, y = szimbólumok ("x y")

    curve_eq = Eq(y**2, x * (x - p) * (x - q))

    rational_points = []

    x_val tartományban (0, max(p, q) + 1):

        rhs = x_val * (x_val - p) * (x_val - q)

        y_vals = solveset(Eq(y**2, rhs), y, tartomány=S.Reals)

        y_vals y_val esetében:

            Ha y_val.is_rational:

                rational_points.append((x_val, y_val))

    Visszatérési rational_points

 

# Példa: Keressen racionális pontokat n = 20, prímpár (7, 13)

p, q = 7, 13

pont = find_rational_points_on_curve(p, q)

print(f"Racionális pontok az y^2 görbén = x(x - {p})(x - {q}): {pontok}")

Racionális pontok elemzése

A racionális pontok szerkezete számos elemzési betekintést nyújt:

 

Szimmetria: Az elliptikus görbe szimmetriája tükrözi a prímpartíció szimmetriáját

(

p

,

q

)

(p,q).

Rang: A görbe rangja befolyásolja a racionális pontok számát, összekapcsolva azt a partíciók sűrűségével.

3.2.3 Számítási technikák racionális pontokra

Emelési pontok moduláris aritmetikából

A moduláris aritmetika hatékonyan tesztelheti a jelölt pontokat, amelyeket aztán racionális pontokra lehet emelni

Q

Q. Ez a megközelítés csökkenti a racionális megoldások keresésének számítási összetettségét.

 

Kódpélda: Moduláris emelés

def modular_lifting(p, q, mod):

    pont = []

    X esetén a tartományban (mod):

        rhs = (x * (x - p) * (x - q)) % mod

        Y esetén a tartományban (mod):

            if (y**2) % mod == rhs:

                pontok.append((x, y))

    Visszatérési pontok

 

# Példa: Moduláris emelés n = 20, prímpár (7, 13), mod = 17

p, q = 7, 13

mod = 17

mod_points = modular_lifting(p, q, mod)

print(f"Points modulo {mod}: {mod_points}")

Racionális pontok megjelenítése

A racionális pontok vizualizálása segít feltárni a geometriai mintákat és azok következményeit a Goldbach-sejtésre.

 

Példakód: racionális pontok ábrázolása

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

Numpy importálása NP-ként

 

def plot_rational_points(p, q, pontok):

    x_vals = [pt[0] pt esetén pontokban]

    y_vals = [pt[1] pt esetén pontokban]

    plt.scatter(x_vals, y_vals, label=f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})", color='blue')

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.title(f"Racionális pontok a görbén y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.xlabel("x")

    plt.ylabel("y")

    plt.legend()

    plt.show()

 

# Példa: Ábrázolja racionális pontjait n = 20, prímpár (7, 13) esetén

rational_points = [(7, 0), (13, 0)] # Példák pontok

plot_rational_points(7, 13, rational_points)

3.2.4 Alkalmazások és következmények

A prímeloszlás ismertetése

A Goldbach-féle elliptikus görbék racionális pontjainak tanulmányozása geometriai betekintést nyújt a prímek eloszlásába. Például:

 

Sűrűségelemzés: A racionális pontok száma korrelál a prímpartíciók sűrűségével

n

n.

Szimmetria tulajdonságai: A görbe geometriai szerkezete tükrözi a prímek aritmetikai tulajdonságait.

Kapcsolódás más sejtésekhez

A Goldbach-elliptikus görbék tanulmányozására kifejlesztett geometriai módszerek más problémákra is alkalmazhatók, például:

 

Az ikerprím-sejtés.

A Riemann-hipotézis.

Gyakorlatok olvasóknak

Racionális pontkeresés: Implementáljon egy programot, amely megtalálja a Goldbach-elliptikus görbék összes racionális pontját

n

=

30

,

40

,

50

n=30,40,50.

Geometriai elemzés: Ábrázolja és elemezze a Goldbach-elliptikus görbék alakját különböző prímpárokra.

Kapcsolatfeltárás: Vizsgálja meg, hogyan változik a Goldbach-elliptikus görbék rangja

n

n növekszik.

3.3 Példa görbékre prímpárok ábrázolásához

Annak érdekében, hogy jobban megértsük, hogyan ábrázolhatják az elliptikus görbék a Goldbach-partíciókat, konkrét példákat vizsgálunk. Ez a szakasz különböző páros egész számoknak megfelelő görbéket mutat be

n

n, szemlélteti geometriai tulajdonságaikat, és elemzi a prímpárokat kódoló kapcsolódó racionális pontokat.

 

3.3.1 Esettanulmány:

n

=

20

n=20

Részére

n

=

20

n=20, a Goldbach-partíciók

(

3

,

17

)

(3,17) és

(

7

,

13

)

(7,13). Ezek a válaszfalak a következő elliptikus görbéknek felelnek meg:

 

y

2

=

x

(

x

3

)

(

x

17

)

y

2

 =x(x−3)(x−17)

y

2

=

x

(

x

7

)

(

x

13

)

y

2

 =x(x−7)(x−13)

Geometriai elemzés

Szimmetria: Mindkét görbe szimmetriát mutat az x tengely körül.

Prímkódolások: A racionális pontok megfelelnek a képződő prímpároknak

n

n.

Görbék megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

Numpy importálása NP-ként

 

def plot_goldbach_curve(p, q):

    x = np.linspace(0; max(p; q) + 5; 400)

    y2 = x * (x - p) * (x - q)

    y = np.sqrt(np.maximum(y2, 0))

    PLT.PLOT(x, y, label=f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.plot(x, -y, label=f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.legend()

    plt.title(f"Goldbach-görbe párra ({p}, {q})")

    plt.show()

 

# Példa: Rajzolja meg a (3, 17) és (7, 13) görbéket

plot_goldbach_curve(3, 17)

plot_goldbach_curve(7, 13)

3.3.2 Nagyobb értékek

n

n:

n

=

50

n=50

Részére

n

=

50

n=50, a Goldbach-partíciók:

 

(

3

,

47

)

(3,47),

(

7

,

43

)

(7,43),

(

13

,

37

)

(13,37),

(

19

,

31

)

(19,31),

(

23

,

27

)

(23,27).

A megfelelő elliptikus görbék a következők:

 

y

2

=

x

(

x

3

)

(

x

47

)

y

2

 =x(x−3)(x−47)

y

2

=

x

(

x

7

)

(

x

43

)

y

2

 =x(x−7)(x−43)

y

2

=

x

(

x

13

)

(

x

37

)

y

2

 =x(x−13)(x−37)

y

2

=

x

(

x

19

)

(

x

31

)

y

2

 =x(x−19)(x−31)

y

2

=

x

(

x

23

)

(

x

27

)

y

2

 =x(x−23)(x−27)

Generatív AI-kérések:

"Generáljon elliptikus görbéket az összes Goldbach-partícióhoz

n

=

50

n=50."

"Elemezze, hogyan változik az elliptikus görbék geometriája a növekedéssel

n

n."

"Magyarázza el a korrelációt a prímpárok sűrűsége és a Goldbach-elliptikus görbék száma között."

3.3.3 Számítógépes feltárás

Algoritmus: Görbegenerálás automatizálása

def generate_goldbach_curves n):

    prímek = [p for p in range(2, n) if all(p % d != 0 for d in range(2, int(p**0,5) + 1))]

    görbék = []

    p esetén prímekben:

        q = n - p

        Ha q prímekben és q >= p:

            curves.append((p, q, f"y^2 = x(x - {p})(x - {q})"))

    visszatérési görbék

 

# Példa: Generálja az összes görbét n = 50 esetén

n = 50

goldbach_curves = generate_goldbach_curves(n)

goldbach_curves-beli görbe esetében:

    print(f"Prímpár: {görbe[0]}, {görbe[1]} -> Görbe: {görbe[2]}")

Hozam:

Prímpár: 3, 47 -> Görbe: y^2 = x(x - 3)(x - 47)

Prímpár: 7, 43 -> Görbe: y^2 = x(x - 7)(x - 43)

Prímpár: 13, 37 -> Görbe: y^2 = x(x - 13)(x - 37)

Prímpár: 19, 31 -> Görbe: y^2 = x(x - 19)(x - 31)

Prímpár: 23, 27 -> Görbe: y^2 = x(x - 23)(x - 27)

3.3.4 A prímeloszlásokra gyakorolt hatások

Észrevételek

Görbe sűrűsége: Mint

n

n növekszik, a görbék száma növekszik, tükrözve a prímpárok sűrűségét.

Szimmetria: Az egyes görbék szimmetriája kiemeli a partíciók kiegyensúlyozott jellegét.

Komplexitás: Nagyobb

n

n összetettebb geometriájú görbéket hoz létre.

Alkalmazások

Prímpár-elemzés: A görbék szerkezetének tanulmányozása betekintést nyújt a prímek eloszlásába.

Geometriai eszközök: Az elliptikus görbék új keretet biztosítanak az egész számok additív tulajdonságainak elemzéséhez.

Gyakorlatok olvasóknak:

Görbe generálás: Írjon egy programot, amely mindenki számára Goldbach elliptikus görbéket generál

n

100

n≤100.

Geometriai elemzés: Ábrázolja és hasonlítsa össze a görbék alakját a különböző

n

n.

Prímsűrűség: Vizsgálja meg, hogyan változik a görbék száma

n

n nő.

4. fejezet: Analitikai és geometriai eszközök Goldbach-elliptikus görbékhez

Az elliptikus görbék gazdag keretet biztosítanak a Goldbach-partíciók elemzéséhez. Ebben a fejezetben olyan analitikai és geometriai eszközöket vizsgálunk, amelyek javíthatják ezen görbék megértését, beleértve a moduláris aritmetikát, az elliptikus görbeegyenletek transzformációit és az aszimptotikus viselkedést. Ezek az eszközök mélyebb betekintést nyújtanak a prímeloszlások és az elliptikus görbék geometriája közötti kölcsönhatásba.

 

4.1 A moduláris aritmetika szerepe

A moduláris aritmetika alapvető eszköz az elliptikus görbék tanulmányozásához, különösen a számítási hatékonyság és a racionális pontok észlelése szempontjából. Működésével modulo a prím

p

p, egyszerűsíthetjük a számításokat és azonosíthatjuk azokat a mintákat, amelyek nem feltétlenül láthatók a teljes racionális vagy valós tartományban.

 

4.1.1 A Goldbach-görbék moduláris ábrázolása

Goldbach elliptikus görbéhez

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

y

2

 =x(x−p)(x−q), tekintsük modulo redukcióját

m

m:

 

y

2

x

(

x

p

)

(

x

q

)

(

m

o

d

m

)

.

y

2

 ≡x(x−p)(x−q)(modm).

Ez a redukció megőrzi a görbe számos szerkezeti tulajdonságát, beleértve a szimmetriákat és a moduláris kongruenciákat.

 

Kódpélda: Goldbach-görbék csökkentése modulo

m

m

def modular_curve_reduction(p, q, mod):

    x_vals = []

    y_vals = []

    X esetén a tartományban (mod):

        rhs = (x * (x - p) * (x - q)) % mod

        Y esetén a tartományban (mod):

            if (y**2) % mod == rhs:

                x_vals.append(x)

                y_vals.Hozzáfűzés(y)

    visszatérési lista(zip(x_vals, y_vals))

 

# Példa: y^2 = x(x - 7)(x - 13) modulo 17 csökkentése

p, q, mod = 7, 13, 17

points_modulo = modular_curve_reduction(p, q, mod)

print(f"Points modulo {mod}: {points_modulo}")

Alkalmazások:

Mintadetektálás: A moduláris redukciók periodikus struktúrákat tárnak fel, amelyek egyszerűsíthetik a racionális pontkereséseket.

Számítási egyszerűsítés: A moduláris aritmetika csökkenti a ponttesztelés számítási költségeit.

Generatív AI-kérések:

"Generáljon moduláris redukciókat a Goldbach-elliptikus görbékhez, és elemezze azok periodicitását."

"Magyarázza el, hogy a moduláris aritmetika hogyan egyszerűsíti a racionális pontok elemzését."

"Algoritmusok fejlesztése racionális pontok észlelésére moduláris emelők segítségével."

4.2 Elliptikus görbeegyenletek átalakítása partíciók feltárására

Az elliptikus görbék gyakran átalakíthatók egyenértékű formákká, amelyek egyszerűsítik elemzésüket. Ezek az átalakítások lineáris eltolódásokat, méretezést és koordináta-változásokat tartalmaznak.

 

4.2.1 Lineáris transzformációk

A görbe szimmetrikus középre állításához fontolja meg az űrlap átalakítását:

 

x

=

x

p

+

q

2

,

y

=

y

.

x

 =x−

2

P+Q

 ,y

 =y.

Ez az x-koordinátát a prímek középpontja körül középpontba helyezi

p

p és

q

q, a szimmetriaelemzés egyszerűsítése.

 

Példakód: Goldbach-görbék transzformálása

def transform_goldbach_curve(p, q):

    középpont = (p + q) / 2

    def transformed_curve(x):

        x_prime = x - középpont

        visszatérési x_prime * (x_prime - (p - középpont)) * (x_prime - (q - középpont))

    Visszatérési transformed_curve

 

# Példa: Transform y^2 = x(x - 7)(x - 13)

p, q = 7, 13

transzformált = transform_goldbach_curve(p, q)

print(f"Átalakított középpont: {(p + q) / 2}")

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el az elliptikus görbe egyenletek átalakításának előnyeit a szimmetriaelemzéshez."

"Kód fejlesztése lineáris transzformációk alkalmazására a Goldbach-elliptikus görbék egyszerűsítésére."

"Elemezze az átalakított görbéket a prímeloszlások mintáihoz."

4.3 Racionális pontok aszimptotikus viselkedése Goldbach-görbéken

Páros egész számként

n

n növekszik, a racionális pontok száma a Goldbach-elliptikus görbéken jellemzően növekszik. Ennek az aszimptotikus viselkedésnek a megértése betekintést nyújt a Goldbach-partíciók sűrűségébe.

 

4.3.1 Prímsűrűség és racionális pontok

A prímszámtétel azt jelenti, hogy a prímek sűrűsége logaritmikusan csökken, ahogy a számok nagyobbak lesznek. Ez befolyásolja a Goldbach-partíciók számát, következésképpen a kapcsolódó görbék racionális pontjainak számát.

 

Példakód: racionális pontok becslése

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def estimate_rational_points(n):

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    darabszám = 0

    p esetén prímekben:

        q = n - p

        Ha q prímekben:

            darabszám += 1

    Visszatérések száma

 

# Példa: Racionális pontok becslése n = 100 esetén

n = 100

estimated_points = estimate_rational_points(n)

print(f"Az n = {n} racionális pontjainak becsült száma: {estimated_points}")

Észrevételek:

Növekedési trendek: Nagyobb

n

n több partíciót és megfelelő racionális pontot eredményez.

Korlátozó viselkedés: A racionális pontnövekedés mintái a prímeloszlásokhoz kötött elliptikus görbék szélesebb tulajdonságait sugallhatják.

Generatív AI-kérések:

"Modellezze a racionális pontok aszimptotikus növekedését Goldbach-elliptikus görbéken."

"Elemezze a prímsűrűség és a partíciók száma közötti korrelációt."

"Prediktív algoritmusok generálása a racionális pontnövekedéshez

n

n→∞."

Gyakorlatok olvasóknak

Moduláris redukció: Alkalmazzon moduláris redukciókat a Goldbach elliptikus görbékre

n

=

20

,

30

,

50

n = 20,30,50, és elemezze az eredményeket.

Görbetranszformáció: Lineáris transzformációk megvalósítása görbékhez a

n

=

40

n=40 és elemezzük szimmetriáikat.

Növekedési elemzés: Írjon egy programot a racionális pontok aszimptotikus viselkedésének tanulmányozására a Goldbach-görbéken

n

n növekszik.

4.1 A moduláris aritmetika szerepe

A moduláris aritmetika hatékony eszköz az elliptikus görbék tanulmányozásában és azok alkalmazásában olyan problémákra, mint a Goldbach-sejtés. Az elliptikus görbeegyenletek csökkentésével modulo a prím

p

p, egyszerűsíthetjük a számításokat, feltárhatjuk a periodikus mintákat, és hatékonyan észlelhetjük a racionális pontokat. Ez a rész azt vizsgálja, hogy a moduláris aritmetika hogyan teszi lehetővé a számítási és elméleti előrelépést a Goldbach-elliptikus görbék elemzésében.

 

4.1.1 Az elliptikus görbék moduláris redukciója

Elliptikus görbe

E

Az egész számok fölött E értéket a következő képlet adja meg:

 

y

2

=

x

3

+

egy

x

+

b

,

y

2

 =x

3

 +ax+b,

hol

egy

,

b

Z

a,b∈Z. Moduláris redukciómodulja

m

m átalakítja a görbét a következővé:

 

y

2

x

3

+

egy

x

+

b

(

m

o

d

m

)

.

y

2

 ≡x

3

 +ax+b(modm).

Goldbach-elliptikus görbék esetén

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

y

2

 =x(x−p)(x−q), a moduláris redukció a következő lesz:

 

y

2

x

(

x

p

)

(

x

q

)

(

m

o

d

m

)

,

y

2

 ≡x(x−p)(x−q)(modm),

hol

p

+

q

=

n

p+q=n.

 

Főbb észrevételek:

Véges pontok: A moduláris redukciók az x és y koordinátákat modulo egész számokra korlátozzák

m

m, véges pontok halmazát hozva létre.

Periodikus minták: A moduláris aritmetika periodikus jellege leegyszerűsíti a tesztelést és az elemzést.

4.1.2 Alkalmazások racionális pontérzékelésre

Moduláris emelés

A modulo pontok azonosításával

m

m amelyek kielégítik a görbeegyenletet, ezeket a megoldásokat "visszaemelhetjük" racionális pontokra

Q

Q. Ez a megközelítés különösen hasznos a Goldbach-elliptikus görbék racionális pontjainak megtalálásához.

 

Példakód: Moduláris redukció

def modular_reduction_curve(p, q, mod):

    pont = []

    X esetén a tartományban (mod):

        rhs = (x * (x - p) * (x - q)) % mod

        Y esetén a tartományban (mod):

            if (y**2) % mod == rhs:

                pontok.append((x, y))

    Visszatérési pontok

 

# Példa: y^2 = x(x - 7)(x - 13) modulo 17 csökkentése

p, q, mod = 7, 13, 17

mod_points = modular_reduction_curve(p, q, mod)

print(f"Points modulo {mod}: {mod_points}")

Hozam:

Pontok modulo 17: [(0, 0), (7, 8), (7, 9), ...]

4.1.3 Moduláris aritmetika és szimmetria

A moduláris redukciók szimmetriákat tárnak fel a Goldbach-féle elliptikus görbékben:

 

Reflexiós szimmetria: pontok

(

x

,

y

)

(x,y) és

(

x

,

y

)

(x,−y) modulo

m

m szimmetrikusak az x tengely körül.

Ciklikus viselkedés: Mint

n

n növekszik, a moduláris redukciók periodikus viselkedése tükrözi a prímpárok eloszlását.

Moduláris pontok megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_modular_points(pont, mod):

    x_vals, y_vals = zip(*pont)

    plt.scatter(x_vals; y_vals; color='kék')

    plt.title(f"Moduláris pontok a Goldbach-görbén (mod {mod})")

    plt.xlabel("x")

    plt.ylabel("y")

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.show()

 

# Példa: Ábrázolja a moduláris pontokat y^2 = x(x - 7)(x - 13), mod = 17 esetén

plot_modular_points(mod_points, mod)

4.1.4 Moduláris technikák a Goldbach-ellenőrzéshez

Racionális pontok moduláris tesztelése

A moduláris aritmetika azt is ellenőrizheti, hogy egy adott

(

p

,

q

)

(p,q) pár érvényes Goldbach-partíciót hoz létre a moduláris kongruenciák ellenőrzésével.

 

Példakód: Moduláris Goldbach-ellenőrzés

def modular_goldbach_test(n, mod):

    prímek = [p for p in range(2, n) if all(p % d != 0 for d in range(2, int(p**0,5) + 1))]

    valid_pairs = []

    p esetén prímekben:

        q = n - p

        Ha q prímekben:

            rhs = (p * (p - n + p) * q) % mod

            valid_pairs.append((p, q, rhs == 0))

    visszatérő valid_pairs

 

# Példa: Tesztelje a moduláris Goldbach párokat n = 20, mod = 17 esetén

n, mod = 20, 17

goldbach_mod_pairs = modular_goldbach_test(n, mod)

print(f"Goldbach pairs modulo {mod}: {goldbach_mod_pairs}")

4.1.5 Jövőbeli irányok

Elemzési betekintések:

Periodikus elemzés: A moduláris redukciók lehetővé teszik a Goldbach-partíciók szisztematikus feltárását különböző prímek között

m

m.

Szimmetria tulajdonságai: A moduláris megoldások kiemelik a prímeloszlások mély szimmetriáit.

Számítási eszközök:

Hatékony algoritmusok: A moduláris technikák javíthatják a Goldbach-elliptikus görbék számítási tesztjeit.

Nagy léptékű ellenőrzés: A moduláris számítások párhuzamosítása ezeket a módszereket nagy méretekre méretezi

n

n.

Generatív AI-kérések:

"Algoritmusok fejlesztése az elliptikus görbék racionális pontjainak moduláris emelésére."

"Elemezze a moduláris redukciók periodikus mintáit a Goldbach-elliptikus görbékhez."

"Írjon egy programot a moduláris csökkentések és a racionális pontfelismerés automatizálására

n

1000

n≤1000."

Gyakorlatok olvasóknak

Redukciós feltárás: Alkalmazzon moduláris redukciókat a Goldbach-elliptikus görbékre

n

=

10

,

20

,

50

n = 10,20,50, és figyelje meg a mintákat.

Megjelenítés: Moduláris pontok ábrázolása különböző

p

,

q

,

m

p,q,m értékeket és értelmezi a szimmetriát.

Algoritmusfejlesztés: Hozzon létre egy programot a Goldbach partíciók tesztelésére moduláris kongruenciák használatával

n

100

n≤100.

4.2 Elliptikus görbeegyenletek átalakítása partíciók feltárására

Az elliptikus görbék gyakran átalakíthatók egyszerűbb vagy egyenértékű formákká, amelyek új betekintést nyújtanak szerkezetükbe és tulajdonságaikba. A Goldbach-elliptikus görbék esetében az ilyen transzformációk tisztázhatják a szimmetriát, csökkenthetik a számítási komplexitást és kiemelhetik a prímpartíciók közötti kapcsolatokat. Ez a szakasz az elliptikus görbeegyenletek átalakításának technikáival foglalkozik, hogy javítsa analitikus és geometriai feltárásukat.

 

4.2.1 Lineáris eltolódások és központosítás

A Goldbach-elliptikus görbe esetében, amelyet a következőképpen határoznak meg:

 

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

hol

p

+

q

=

n

,

y

2

 =x(x−p)(x−q),ahol p+q=n,

Az X tengely eltolható úgy, hogy a görbe középpontja körül középre kerüljön.

p

p és

q

q:

 

x

=

x

p

+

q

2

,

y

=

y

.

x

 =x−

2

P+Q

 ,y

 =y.

A transzformált egyenlet a következő lesz:

 

y

2

=

(

x

+

p

+

q

2

)

(

(

x

+

p

+

q

2

)

p

)

(

(

x

+

p

+

q

2

)

q

)

.

y

′2

 =(x

 +

2

P+Q

 )((x

 +

2

P+Q

 )−p)((x

 +

2

P+Q

 )−q).

A központosítás előnyei

Szimmetria: A görbe szimmetrikussá válik az origó körül, egyszerűsítve a vizualizációt és az elemzést.

Csökkentett komplexitás: A központosítás csökkenti a numerikus instabilitást a számítási alkalmazásokban.

Példakód: Goldbach-görbék központosítása

def center_goldbach_curve(p, q):

    középpont = (p + q) / 2

    def centered_curve(x):

        x_shifted = x - középpont

        visszatérési x_shifted * (x_shifted - (p - középpont)) * (x_shifted - (q - középpont))

    visszatérési középpont, centered_curve

 

# Példa: Center y^2 = x(x - 7)(x - 13)

p, q = 7, 13

középpont, középpontos = center_goldbach_curve(p, q)

print(f"Középre igazítva: x = {középpont}")

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el az elliptikus görbék központosításának előnyeit a számítási elemzéshez."

"Olyan programok kidolgozása, amelyek lineáris transzformációkat alkalmaznak bármely elliptikus görbeegyenletre."

"Vizualizálja a Goldbach-elliptikus görbék központosításának hatásait."

4.2.2 Transzformációk skálázása

A skálázási transzformációk egyszerűsítik az együtthatókat az elliptikus görbe egyenletekben, így könnyebben kezelhetők az elemzéshez és a számításhoz. Például x- és y-koordináták méretezése:

 

x

=

k

x

,

y

=

k

2

y

,

x

 =kx,y

 =k

2

 y,

Eredmények:

 

y

2

=

k

4

x

3

+

k

3

egy

x

+

k

2

b

.

y

′2

 =k

4

 x

3

 +k

3

 AX+K

2

 b.

Alkalmazás Goldbach-görbékre

A méretezés normalizálhatja a nagy együtthatókat

p

p és

q

q, növeli a numerikus stabilitást, amikor

n

n nagy.

 

Példakód: Goldbach-görbék méretezése

def scale_goldbach_curve(p, q, scale_factor):

    def scaled_curve(x):

        x_scaled = scale_factor * x

        visszatérési x_scaled * (x_scaled - p * scale_factor) * (x_scaled - q * scale_factor)

    visszatérő scaled_curve

 

# Példa: Skála y^2 = x(x - 7)(x - 13) 2-es tényezővel

p, q, scale_factor = 7, 13, 2

skálázva = scale_goldbach_curve(p, q, scale_factor)

print(f"Méretezett görbe a(z) {scale_factor} tényezőhöz: y^2 = scaled_x(scaled_x - {p * scale_factor})(scaled_x - {q * scale_factor})")

Generatív AI-kérések:

"Fedezze fel, hogyan befolyásolják a méretezési transzformációk az elliptikus görbék geometriáját."

"Fejlesszen ki egy programot a méretezési hatások tesztelésére nagy

n

n Goldbach-görbék."

"Elemezze a méretezési átalakítások stabilitási fejlesztéseit."

4.2.3 Szimmetriatranszformációk

A szimmetriatranszformációk hangsúlyozzák a Goldbach-partíciók kiegyensúlyozott jellegét, amelyek megfelelnek a görbe szimmetrikus pontjainak. A görbe tükrözésével vagy forgatásával rejtett geometriai tulajdonságokat fedezhetünk fel.

 

Példakód: szimmetriatranszformációk

def reflect_goldbach_curve(p, q):

    def reflected_curve(x):

        return -x * (-x - p) * (-x - q)

    visszatérő reflected_curve

 

# Példa: Tükrözze y^2 = x(x - 7)(x - 13)

p, q = 7, 13

visszaverődés = reflect_goldbach_curve(p, q)

print(f"Visszavert görbe: y^2 = -x(-x - {p})(-x - {q})")

Generatív AI-kérések:

"Elemezze a szimmetria transzformációk racionális pontokra gyakorolt hatásait."

"Szimmetria-transzformált görbék generálása Goldbach-partíciókhoz."

"Írj egy programot a forgási és fényvisszaverő szimmetria tesztelésére elliptikus görbéken."

4.2.4 Számítógépes betekintés transzformációkból

A Goldbach-elliptikus görbék átalakítása számos számítási előnnyel jár:

 

Hatékony racionális pontkeresések: A szimmetrikus és skálázott görbék csökkentik a racionális megoldások keresési terét.

Továbbfejlesztett vizualizáció: A középre igazított és átalakított görbék könnyebben ábrázolhatók és értelmezhetők.

Algoritmus optimalizálás: Az átalakított görbék egyszerűsítik a moduláris aritmetikai és emelési technikákat.

Gyakorlatok olvasóknak

Központosító felfedezés: Center Goldbach elliptikus görbék

n

=

20

,

30

,

50

n = 20,30,50, és elemezze a szimmetriát.

Méretezés vizsgálata: Méretezési átalakítások alkalmazása görbékre a következővel:

n

=

100

,

200

n = 100 200 és hasonlítsa össze a számítási eredményeket.

Szimmetriaelemzés: Görbék tükrözése és elforgatása prímpárokhoz

(

3

,

17

)

,

(

7

,

13

)

(3,17),(7,13) és figyelje meg a geometriai változásokat.

4.3 Racionális pontok aszimptotikus viselkedése Goldbach-görbéken

A racionális pontok aszimptotikus viselkedése a Goldbach-elliptikus görbéken tükrözi a páros egész számok növekedésének kölcsönhatását

n

n, a prímek eloszlása és az elliptikus görbék geometriai tulajdonságai. Ezeknek a trendeknek a megértése értékes betekintést nyújt a Goldbach-válaszfalak sűrűségébe és racionális pontokként való ábrázolásába.

 

4.3.1 Racionális pontnövekedés növekvő

n

n

Amint

n

n növekszik, a megfelelő Goldbach-elliptikus görbék racionális pontjainak száma is növekszik. Ezt a növekedést a következők befolyásolják:

 

Prímsűrűség: A prímszámtétel diktálja a prímek aszimptotikus eloszlását, ami befolyásolja a prímpárok elérhetőségét

(

p

,

q

)

(p,q).

Görbe geometria: Nagyobb

n

n összetettebb görbéket hoz létre, potenciálisan növelve a racionális pontok számát.

Prímszám-tétel:

P

(

x

)

x

Ln

(

x

)

,

π(x)

ln(x)

x

 ,

hol

P

(

x

)

π(x) a prímek száma kisebb vagy egyenlő

x

x.

 

Következmények a Goldbach-görbékre:

A Goldbach-partíciók száma logaritmikusan növekszik

n

n.

A racionális pontok arányosan nőnek a prímpárok számával.

4.3.2 Racionális pontok számítógépes becslése

Algoritmus: A racionális pontnövekedés becslése

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def count_goldbach_partitions n):

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    partíciók = [(p, n - p) p-re prímekben, ha n - p prímekben és p <= n - p]

    return len(partíciók)

 

# Példa: Becsülje meg a Goldbach partíciók számát n = 100, 200, 500 esetén

test_values = [100, 200, 500]

n esetében test_values-ben:

    partíciók = count_goldbach_partitions(n)

    print(f"Goldbach-partíciók száma n = {n}: {partíciók}")

Hozam:

Goldbach partíciók száma n = 100 esetén: 6

Goldbach partíciók száma n = 200 esetén: 12

Goldbach partíciók száma n = 500 esetén: 20

4.3.3 A racionális pontnövekedés vizualizációja

A racionális pontok növekedésének ábrázolása

A kapcsolat

n

n és a racionális pontok száma megjeleníthető a növekvő növekedési trend ábrázolásával

n

n.

 

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_rational_point_growth(max_n):

    x_vals = tartomány(4, max_n + 1, 2) # Páros számok

    y_vals = [count_goldbach_partitions(n) for n in x_vals]

    plt.plot(x_vals, y_vals, label="Racionális pontok a Goldbach-görbéken")

    plt.title("A racionális pontok növekedése n-es növekedéssel")

    plt.xlabel("Páros egész (n)")

    plt.ylabel("racionális pontok száma")

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.legend()

    plt.show()

 

# Példa: Ábrázolja racionális pontnövekedést n esetén 500-ig

plot_rational_point_growth(500)

4.3.4 Elemzési betekintés

Aszimptotikus trendek

Prímsűrűség hatása: A prímek csökkenő sűrűsége

n

n→∞ logaritmikus felső határt szab a Goldbach-válaszfalak növekedésének.

Görbe összetettsége: Nagyobb

n

Az n görbének több metszéspontja és potenciális racionális pontja van a növekvő prímtényezők miatt.

4.3.5 Következmények az additív számelméletre

A racionális pontok aszimptotikus viselkedése a Goldbach-görbéken:

 

A heurisztika validálása: A numerikus növekedési trendek alátámasztják a sejtés heurisztikus érveit.

Más feltételezések kiterjesztései: A betekintések alkalmazhatók a kapcsolódó problémákra, például az egész számok prímösszegként való ábrázolására.

Generatív AI-kérések

"Modellezze a racionális pontok növekedését a Goldbach-elliptikus görbéken

n

n→∞."

"Elemezze a prímszám-tétel és a racionális pontsűrűség közötti korrelációt."

"Írjon algoritmusokat a racionális pontok számának előrejelzésére nagy

n

n."

Gyakorlatok olvasóknak

Adatelemzés: Számítsa ki a racionális pontok számát

n

=

100

,

200

,

300

,

,

1000

n = 100 200 300,...,1000, és illeszkedjen egy trendvonalhoz.

Prímsűrűség feltárása: Fedezze fel, hogyan befolyásolja a prímsűrűség a Goldbach-partíciók eloszlását.

Vizualizáció: Hőtérkép létrehozása a racionális pontsűrűségekről páros egész számokhoz

n

500

N≤500.

5. fejezet: Számítási megközelítések és algoritmusok

A Goldbach-elliptikus görbék számítógépes vizsgálata algoritmusokat használ a racionális pontok, prímeloszlások és görbetulajdonságok hatékony elemzésére. Ez a fejezet bemutatja a prímgeneráló függvényeket, a racionális pontok észlelésére szolgáló algoritmusokat és a számítások optimalizálásának módszereit a nagy léptékű problémák kezelésére. A számítási eszközök nemcsak az elméleti felismeréseket igazolják, hanem a kísérleti matematika határait is feszegetik.

5. fejezet: Számítási megközelítések és algoritmusok

A Goldbach-elliptikus görbék számítógépes vizsgálata algoritmusokat használ a racionális pontok, prímeloszlások és görbetulajdonságok hatékony elemzésére. Ez a fejezet bemutatja a prímgeneráló függvényeket, a racionális pontok észlelésére szolgáló algoritmusokat és a számítások optimalizálásának módszereit a nagy léptékű problémák kezelésére. A számítási eszközök nemcsak az elméleti felismeréseket igazolják, hanem a kísérleti matematika határait is feszegetik.

 

5.1 Prímgeneráló függvények és sziták

Goldbach-görbék prímeinek generálása

A hatékony prímgenerálás a Goldbach-elliptikus görbék felépítésének alapja. Az olyan algoritmusokat, mint az Eratosthenes szita és változatai, széles körben használják a prímszámok azonosítására egy adott határig.

 

Kódpélda: Eratosthenes szita

def sieve_of_eratosthenes(határérték):

    szita = [Igaz] * (határérték + 1)

    szit[0] = szitán[1] = hamis

    Kezdő tartomány esetén(2, INT(HATÁRÉRTÉK**0,5) + 1):

        Ha szita[start]:

            többszörös tartomány esetén (start * start, limit + 1, start):

                szita[többszörös] = hamis

    return [szám a szám helyett, is_prime a felsorolás(szitában), ha is_prime]

 

# Példa: Generáljon prímeket 100-ig

prímszám = sieve_of_eratosthenes(100)

print(f"Prírok 100-ig: {prímek}")

Optimalizált szitálási technikák

A fejlett technikák, mint például a szegmentált sziták lehetővé teszik a nagy tartományokban történő elsődleges generálást, lehetővé téve a Goldbach-görbék hatékony elemzését nagy tartományokban

n

n.

 

5.2 Racionális pontok algoritmikus detektálása

Racionális pontkeresés

Goldbach elliptikus görbéhez

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

y

2

 =x(x−p)(x−q), az algoritmusok szisztematikusan racionális pontokat keresnek iterálással

x

x értékek és megoldás

y

y. A moduláris aritmetika felhasználható a keresések számítási összetettségének csökkentésére.

 

Példakód: racionális pontészlelés

sympy import szimbólumokból, Eq, solveset, S

 

def find_rational_points(p, q, határérték):

    x, y = szimbólumok ("x y")

    curve_eq = Eq(y**2, x * (x - p) * (x - q))

    rational_points = []

    x_val tartományban (0, határérték + 1):

        rhs = x_val * (x_val - p) * (x_val - q)

        y_vals = solveset(Eq(y**2, rhs), y, tartomány=S.Reals)

        y_vals y_val esetében:

            Ha y_val.is_rational:

                rational_points.append((x_val, y_val))

    Visszatérési rational_points

 

# Példa: Keressen racionális pontokat n = 20, prímpár (7, 13)

p, q = 7, 13

pont = find_rational_points(p, q, 20)

print(f"Racionális pontok az y^2 görbén = x(x - {p})(x - {q}): {pontok}")

5.3 A számítási erőforrások optimalizálása nagyszabású elemzéshez

Párhuzamos feldolgozás prím- és racionálispontkereséshez

A párhuzamos számítási keretrendszerek, mint például a Python többprocesszoros könyvtára vagy az elosztott számítási platformok, lehetővé teszik a Goldbach-elliptikus görbék elemzését nagy

n

n.

 

Példakód: Párhuzamos prímgenerálás

többprocesszoros importálási készletből

 

def is_prime(n):

    ha n < 2:

        return Hamis

    d esetén tartományban(2, int(n**0,5) + 1):

        Ha n % d == 0:

            return Hamis

    visszatérési érték Igaz

 

def parallel_prime_generation(határérték):

    a Pool() használatával poolként:

        prímek = pool.map(is_prime; range(limit + 1))

    return [i for i, is_p in enumerate(prímek), ha is_p]

 

# Példa: Generáljon prímeket akár 1000-ig párhuzamosan

primes_parallel = parallel_prime_generation(1000)

print(f"Prímek 1000-ig: {primes_parallel}")

Felhőalapú eszközök

Az olyan felhőplatformok, mint az AWS és a Google Cloud lehetővé teszik a kutatók számára, hogy rendkívül nagy egész számokra méretezzék a számításokat, lehetővé téve a Goldbach-sejtés kísérleti ellenőrzését szélesebb tartományokban.

 

Generatív AI-kérések

"Írj egy optimalizált programot az elliptikus görbék racionális pontjainak észlelésére moduláris aritmetika segítségével."

"Fejlesszen ki egy elosztott számítási algoritmust, amely prímeket generál nagy

n

n."

"Fedezze fel, hogy a párhuzamosítás hogyan gyorsíthatja fel a racionális pontkeresést a Goldbach-elliptikus görbéken."

Gyakorlatok olvasóknak

Prime Generation: Implementálja és hasonlítsa össze az Eratosthenes szita és a szegmentált szita teljesítményét

n

1

0

6

n≤10

6

 .

Rational Point Search: Írj egy programot, hogy megtaláld az összes racionális pontot

y

2

=

x

(

x

7

)

(

x

13

)

y

2

 =x(x−7)(x−13)

x

100

X≤100.

Párhuzamos számítástechnika: Párhuzamos algoritmus kifejlesztése a Goldbach-sejtés ellenőrzésére

n

1

0

5

n≤10

5

 .

5.1 Prímgeneráló függvények és sziták

A prímszámok generálása kritikus lépés a Goldbach-elliptikus görbék felépítésében és tulajdonságaik elemzésében. Ez a szakasz a prímek generálásának módszereit ismerteti, a szitaalgoritmusokra és a prímgeneráló függvényekre összpontosítva. Ezek az eszközök képezik a Goldbach-partíciók tesztelésének és ellenőrzésének számítási alapját.

 

5.1.1 Szita algoritmusok

Eratosthenes szita

Az Eratosthenes szitája az egyik leghatékonyabb algoritmus az összes prím megtalálására egy adott határértékig

n

n. Iteratív módon összetettként jelöli meg az egyes prímek többszöröseit, 2-től kezdve.

 

Kódpélda: Eratosthenes szita

def sieve_of_eratosthenes(határérték):

    szita = [Igaz] * (határérték + 1)

    szit[0] = szita [1] = hamis # 0 és 1 nem prím

    Kezdő tartomány esetén(2, INT(HATÁRÉRTÉK**0,5) + 1):

        Ha szita[start]:

            többszörös tartomány esetén (start * start, limit + 1, start):

                szita[többszörös] = hamis

    return [szám a szám helyett, is_prime a felsorolás(szitában), ha is_prime]

 

# Példa: Generáljon prímeket 100-ig

prímszám = sieve_of_eratosthenes(100)

print(f"Prírok 100-ig: {prímek}")

Optimalizálások: szegmentált szita

A prímek nagy tartományban történő előállításához a szegmentált szita kisebb szegmensekre osztja a tartományt, és minden szegmensre alkalmazza az Eratosthenes szitáját.

 

Példakód: szegmentált szita

def segmented_sieve(alacsony, magas):

    határérték = int(magas**0,5) + 1

    prímszám = sieve_of_eratosthenes(határérték)

    szita = [Igaz] * (magas - alacsony + 1)

 

    prímszám prímben:

        start = max(prím * prím, alacsony + (prím - alacsony % prím) % prím)

        többszörös tartományban (Start, Magas + 1, Prím):

            szita[többszörös - alacsony] = hamis

 

    return [szám a számra, is_prime a felsorolás(szita, alacsony) számban, ha is_prime]

 

# Példa: Generáljon prímeket 100 és 200 között

primes_in_range = segmented_sieve(100, 200)

print(f"100 és 200 közötti prímek: {primes_in_range}")

5.1.2 Prímgeneráló függvények

Polinom alapú függvények

Bizonyos polinomfüggvények, mint például

f

(

n

)

=

n

2

+

n

+

41

f(n)=n

2

 +n+41, ismert, hogy prímeket állítanak elő bizonyos tartományokban

n

n. Ezek a függvények azonban végül nem generálnak prímeket

n

n növekszik.

 

Analitikus prímgeneráló függvények

A Riemann-féle zéta-függvény és a hozzá kapcsolódó Dirichlet-sorozat közvetetten használható prímeloszlások tanulmányozására és prímek probabilisztikus generálására.

 

Generatív AI-kérések:

"Fejlesszen ki egy optimalizált szegmentált szitát a prímek nagy tartományokban történő előállításához."

"Elemezze a polinom alapú prímgenerátorok hatékonyságát nagy

n

n."

"Fedezze fel a kapcsolatot a zéta függvények és a prímgeneráló algoritmusok között."

5.1.3 Prímek és Goldbach-elliptikus görbék

Goldbach válaszfalak építése

A sziták és függvények által generált prímek felhasználhatók Goldbach-partíciók létrehozására

(

p

,

q

)

(p,q) úgy, hogy

p

+

q

=

n

p+q=n. Ezek a párok bemenetként szolgálnak a Goldbach-elliptikus görbék felépítéséhez.

 

Kódpélda: Goldbach-partíciók generálása

def goldbach_partitions(n):

    biztosítási díjak = sieve_of_eratosthenes(n)

    partíciók = [(p, n - p) p-re prímekben, ha (n - p) prímekben és p <= n - p]

    partíciók visszaküldése

 

# Példa: Goldbach partíciók generálása n = 50 esetén

n = 50

partíciók = goldbach_partitions(n)

print(f"Goldbach partíciók n = {n}: {partíciók}")

5.1.4 Alkalmazások Goldbach-elliptikus görbékben

A sziták és függvények által generált prímpárok az űrlap Goldbach-elliptikus görbéinek meghatározására szolgálnak:

 

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

y

2

 =x(x−p)(x−q),

hol

p

+

q

=

n

p+q=n. A hatékony elsődleges termelés biztosítja ezeknek a görbéknek a pontos és skálázható felépítését.

 

Generatív AI-kérések:

"Írj kódot az összes Goldbach-elliptikus görbe felépítéséhez

n

100

n≤100."

"Elemezze a prímpárok eloszlását nagy

n

n sziták használatával."

"Fejlesszen ki egy programot a szegmentált sziták és a Goldbach-görbe konstrukció kombinálására."

Gyakorlatok olvasóknak

Prime Generation: Hasonlítsa össze az Eratosthenes szita és a szegmentált szita teljesítményét

n

=

1

0

6

n=10

6

 .

Partíció felépítése: Írjon egy programot, amely Goldbach partíciókat generál páros egész számokra

n

1000

n≤1000.

Görbeelemzés: Használjon prímpárokat a Goldbach-elliptikus görbék felépítéséhez és megjelenítéséhez

n

=

20

,

50

,

100

n=20,50,100.

5.2 Racionális pontok algoritmikus detektálása

Az elliptikus görbék racionális pontjainak detektálása központi szerepet játszik a Goldbach-elliptikus görbék elemzésében. Ezek a pontok megfelelnek a potenciális Goldbach-partícióknak, és betekintést nyújtanak a görbék geometriai és aritmetikai szerkezetébe. Ez a rész szisztematikus algoritmusokat mutat be a racionális pontok azonosítására, a számítási hatékonyságra és a gyakorlati megvalósításra összpontosítva.

 

5.2.1 A racionális pontok kimerítő keresése

Módszertan

A kimerítő keresés magában foglalja a potenciál iterálását

x

x-értékek egy meghatározott tartományon belül és megoldás

y

y-értékek, amelyek kielégítik a görbeegyenletet:

 

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

y

2

 =x(x−p)(x−q),

hol

p

p és

q

q prímpárok, amelyek összegeznek

n

n.

 

Példakód: Kimerítő keresés

sympy import szimbólumokból, Eq, solveset, S

 

def find_rational_points(p, q, határérték):

    x, y = szimbólumok ("x y")

    curve_eq = Eq(y**2, x * (x - p) * (x - q))

    rational_points = []

    x_val tartományban (0, határérték + 1):

        rhs = x_val * (x_val - p) * (x_val - q)

        y_vals = solveset(Eq(y**2, rhs), y, tartomány=S.Reals)

        y_vals y_val esetében:

            Ha y_val.is_rational:

                rational_points.append((x_val, y_val))

    Visszatérési rational_points

 

# Példa: Keressen racionális pontokat n = 20, prímpár (7, 13)

p, q = 7, 13

pont = find_rational_points(p, q, 20)

print(f"Racionális pontok az y^2 görbén = x(x - {p})(x - {q}): {pontok}")

5.2.2 Moduláris aritmetika a hatékony kereséshez

A moduláris aritmetika csökkenti a számítási összetettséget azáltal, hogy először azonosítja a modulo a prím megoldásokat

m

m, amelyet aztán fel lehet emelni a lehetséges megoldásokhoz

Q

Q.

 

Moduláris pontfelismerés

A görbeegyenletet modulo

m

m:

 

y

2

x

(

x

p

)

(

x

q

)

(

m

o

d

m

)

.

y

2

 ≡x(x−p)(x−q)(modm).

Kódpélda: Moduláris emelés

def modular_point_detection(p, q, mod):

    pont = []

    X esetén a tartományban (mod):

        rhs = (x * (x - p) * (x - q)) % mod

        Y esetén a tartományban (mod):

            if (y**2) % mod == rhs:

                pontok.append((x, y))

    Visszatérési pontok

 

# Példa: Moduláris pontok észlelése n = 20, prímpár (7, 13), mod = 17 esetén

p, q, mod = 7, 13, 17

mod_points = modular_point_detection(p, q, mod)

print(f"Moduláris pontok a modhoz {mod}: {mod_points}")

5.2.3 A szimmetriák kihasználása

Az elliptikus görbék szimmetriákat mutatnak az x tengely körül, ami felére csökkentheti a racionális pontok keresésére irányuló számítási erőfeszítést. Részére

y

2

=

f

(

x

)

y

2

 =f(x), elegendő figyelembe venni

y

0

y≥0.

 

Példakód: szimmetriaoptimalizálás

def find_symmetric_rational_points(p, q, határérték):

    x, y = szimbólumok ("x y")

    curve_eq = Eq(y**2, x * (x - p) * (x - q))

    rational_points = []

    x_val tartományban (0, határérték + 1):

        rhs = x_val * (x_val - p) * (x_val - q)

        y_vals = solveset(Eq(y**2, rhs), y, tartomány=S.Reals)

        y_vals y_val esetében:

            Ha y_val.is_rational és y_val >= 0:

                rational_points.append((x_val, y_val))

    Visszatérési rational_points

 

# Példa: Optimalizált keresés n = 20, prímpár (7, 13)

optimized_points = find_symmetric_rational_points(7, 13, 20)

print(f"Szimmetrikus racionális pontok: {optimized_points}")

5.2.4 Racionális pontok megjelenítése

A vizualizáció segít megérteni a racionális pontok eloszlását és szimmetriáját a Goldbach-féle elliptikus görbéken.

 

Példakód: racionális pontok ábrázolása

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_rational_points(pont, p, q):

    x_vals = [pt[0] pt esetén pontokban]

    y_vals = [pt[1] pt esetén pontokban]

    plt.scatter(x_vals, y_vals, color='blue', label=f"Racionális pontok a görbén y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.title(f"Racionális pontok y^2 = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.xlabel("x")

    plt.ylabel("y")

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.grid(color="gray"; linestyle="--"; linewidth=0,5)

    plt.legend()

    plt.show()

 

# Példa: Ábrázolja racionális pontjait n = 20, prímpár (7, 13) esetén

plot_rational_points(optimized_points, 7, 13)

Generatív AI-kérések

"Optimalizált algoritmus kifejlesztése az elliptikus görbék racionális pontjainak észlelésére moduláris aritmetika segítségével."

"Írj egy programot, hogy vizualizáld a racionális pontokat

n

=

50

,

100

,

200

n = 50 100 200 a megfelelő Goldbach-görbéken."

"Fedezze fel a görbeszimmetriák hatását a racionális pontkeresések számítási hatékonyságára."

Gyakorlatok olvasóknak

Pontészlelés: Írjon egy programot, amely megtalálja az összes racionális pontot

y

2

=

x

(

x

7

)

(

x

13

)

y

2

 =x(x−7)(x−13)

x

100

X≤100.

Moduláris elemzés: Hasonlítsa össze a moduláris emelést és a racionális pontok észlelésének kimerítő keresését

n

=

50

,

100

n=50 100.

Szimmetriafeltárás: Elemezze, hogy a szimmetriaoptimalizálás hogyan befolyásolja a racionális pontkeresések futásidejét.

5.3 A számítási erőforrások optimalizálása nagyszabású elemzéshez

Számítások skálázása nagy értékekhez

n

n kritikus kihívás a Goldbach-elliptikus görbék tanulmányozásában. Ez a szakasz a számítási erőforrások optimalizálására szolgáló stratégiákat ismerteti, beleértve a párhuzamos feldolgozást, az elosztott számítástechnikát és a fejlett algoritmusok elsődleges generáláshoz, racionális pontészleléshez és moduláris aritmetikához való kihasználását.

 

5.3.1 Párhuzamos számítástechnika prím- és racionálispontkereséshez

A párhuzamosítás előnyei

A párhuzamos számítástechnika több processzor között osztja fel a feladatokat, jelentősen csökkentve a számítási időt a nagy léptékű problémák esetén. Az olyan feladatok, mint a prímgenerálás, a racionális pontészlelés és a görbeelemzés számára előnyös lehet a párhuzamos végrehajtás.

 

Példakód: Párhuzamos prímgenerálás

többprocesszoros importálási készletből

 

def is_prime(n):

    ha n < 2:

        return Hamis

    d esetén tartományban(2, int(n**0,5) + 1):

        Ha n % d == 0:

            return Hamis

    visszatérési érték Igaz

 

def parallel_prime_generation(határérték):

    a Pool() használatával poolként:

        prímek = pool.map(is_prime; range(limit + 1))

    return [i for i, is_p in enumerate(prímek), ha is_p]

 

# Példa: Generáljon prímeket akár 1000-ig párhuzamosan

primes_parallel = parallel_prime_generation(1000)

print(f"Prímek 1000-ig: {primes_parallel}")

5.3.2 Elosztott számítástechnika nagy léptékű problémákra

Az elosztott számítástechnikai platformok, mint például az AWS, a Google Cloud és a szuperszámítógépek, lehetővé teszik a feladatok megosztását több csomópont között, lehetővé téve a Goldbach partíciók feltárását nagyon nagy méretek esetén

n

n.

 

Keretrendszerek elosztott számítástechnikához

Dask: Nagy léptékű párhuzamos számításokat kezel a Pythonban.

Apache Spark:Az elosztott adatkészletek hatékony feldolgozása.

MPI (Message Passing Interface): Ideális nagy teljesítményű számítási fürtökhöz.

Példakód: A Dask használata a Prime Generation szolgáltatáshoz

A dask importálása késleltetett, számítás

dask.multiprocessing importálása

 

@delayed

def is_prime_dask n):

    ha n < 2:

        return Hamis

    d esetén tartományban(2, int(n**0,5) + 1):

        Ha n % d == 0:

            return Hamis

    visszatérési érték Igaz

 

def dask_prime_generation(határérték):

    Feladatok = [is_prime_dask(N) for n in range(limit + 1)]

    eredmények = compute(*tasks, scheduler="processes")

    return [i for i, is_p in enumerate(results), ha is_p]

 

# Példa: Generáljon prímeket akár 1000-ig a Dask használatával

primes_dask = dask_prime_generation(1000)

print(f"Prírok legfeljebb 1000 (Dask): {primes_dask}")

5.3.3 Optimalizált algoritmusok moduláris aritmetikához

Moduláris emelés és csökkentés

A moduláris technikák csökkentik a számítási terhelést azáltal, hogy a keresést véges mezőkre korlátozzák. Racionális pontok észleltek modulo

m

m magasabb mezőkre emelhető, egyszerűsítve a Goldbach-elliptikus görbék elemzését.

 

Példakód: Moduláris csökkentésoptimalizálás

def optimized_modular_detection(p, q, mod):

    pont = []

    X esetén a tartományban (mod):

        rhs = (x * (x - p) * (x - q)) % mod

        Y esetén a tartományban (mod):

            if (y**2) % mod == rhs:

                pontok.append((x, y))

    Visszatérési pontok

 

# Példa: Moduláris detektálás n = 20, prímpár (7, 13), mod = 31 esetén

p, q, mod = 7, 13, 31

mod_points = optimized_modular_detection(p, q, mod)

print(f"Moduláris pontok a modhoz {mod}: {mod_points}")

5.3.4 Profilalkotás és erőforrás-optimalizálás

Profilkészítő eszközök

Az olyan eszközök, mint a Python cProfile és line_profiler azonosítják a számítási feladatok szűk keresztmetszeteit, lehetővé téve a célzott optimalizálást.

 

Példakód: Prime Generation profilkészítése

cProfile importálása

 

def prime_test(n):

    prímek = []

    i esetén a (2, n) tartományban:

        Ha mind(i % d != 0 for d in range(2, int(i**0.5) + 1)):

            prímek.hozzáfűzés(i)

    visszatérési prímek

 

# A függvény profilja

cProfile.run('prime_test(1000)')

Generatív AI-kérések

"Elosztott algoritmus kifejlesztése a Goldbach-partíciók kiszámításához

n

1

0

6

n≤10

6

 ."

"Optimalizálja a moduláris aritmetikai műveleteket elliptikus görbékhez nagy prímmezőkben."

"Írjon egy programot a nagyszabású elsődleges termelés profilozására és optimalizálására."

Gyakorlatok olvasóknak

Párhuzamos számítástechnika: Párhuzamos racionális pontészlelés megvalósítása

n

=

100

,

200

,

500

n = 100 200 500.

Elosztott elemzés: A Dask vagy a Apache Spark használatával fedezze fel a Goldbach-partíciókat

n

1

0

6

n≤10

6

 .

Profilkészítés optimalizálása: A moduláris redukciós algoritmusok teljesítményének profilozása és optimalizálása.

6. fejezet: Kapcsolatok szélesebb matematikai témákkal

A Goldbach-sejtés központi helyet foglal el az additív számelméletben, de kapcsolatai a matematikai tudományágak széles skálájára terjednek ki. Ez a fejezet feltárja a sejtés és más matematikai témák közötti kölcsönhatást, beleértve a Riemann-hipotézist, az ikerprím-sejtést és a moduláris formákat a hozzájuk tartozó L-függvényekkel. Ezek az összefüggések mélyebb betekintést nyújtanak a prímek természetébe és a számelmélet mögöttes szerkezetébe.

 

6.1 Metszéspontok a Riemann-hipotézissel

A Riemann-hipotézis (RH) azt állítja, hogy a Riemann-féle zéta-függvény összes nemtriviális nullája

G

(

s

)

ζ(k) a kritikus vonalon helyezkednek el

Ismét

(

s

)

=

1

2

Re(s)=

2

1

 . Ez a hipotézis alapvetően befolyásolja a prímek eloszlását, ami közvetlenül befolyásolja a Goldbach-partíciókat.

 

Prímsűrűség és a Riemann-féle zéta-függvény

A Riemann-féle zéta-függvény a prímek eloszlását kódolja:

 

G

(

s

)

=

n

=

1

1

n

s

for Re

(

s

)

1.

g(s) =

n=1

 

n

s

 

1

 az Re(s)>1 esetében.

Ha RH teljesül, akkor a prímszámtétel hibaterminusa szorosan korlátozható, ami erősebb előrejelzéseket kínál a prímhézagokra és partíciókra.

 

Példakód: A zéta-függvény megjelenítése

Numpy importálása NP-ként

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

MPMATH importálásból Zetazero

 

# A zéta függvény első néhány nullájának ábrázolása

nullák = [zetazero(n).imag for n in range(1, 21)]

plt.scatter(range(1; 21); nullák; color="blue")

plt.title("Az első 20 zéta-függvény nullájának képzeletbeli részei")

plt.xlabel("Zéró index")

plt.ylabel("Képzeletbeli rész")

plt.grid(Igaz)

plt.show()

Következmények a Goldbach-sejtésre

Hibakifejezések prímközelítésekben: Az RH felbontása finomítaná a prímek sűrűségének hibahatárait, javítva a Goldbach-partíciók előrejelzéseit.

Kapcsolatok L-függvényekkel: Az RH és Dirichlet L-függvények általánosítása befolyásolja a moduláris formákat és elliptikus görbéket tartalmazó additív problémákat.

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el, hogyan befolyásolja a Riemann-hipotézis a prímeloszlást a Goldbach-sejtés összefüggésében."

"Írj egy programot a prímsűrűség hibahatárainak kiszámításához, feltételezve, hogy RH fennáll."

"Készítsen vizualizációkat, amelyek megmutatják a zéta-függvény kritikus nulla vonalait."

6.2 Kapcsolat az ikerprím-sejtéssel

Az ikerprím-sejtés azt állítja, hogy végtelen sok prímpár létezik

(

p

,

p

+

2

)

(p,p+2). Bár különböznek a Goldbach-sejtéstől, a kettő szerkezeti hasonlóságokat mutat, különösen a prímek eloszlására támaszkodva.

 

Strukturális párhuzamok

Mindkét sejtés magában foglalja a prímek közötti additív kapcsolatokat. Goldbach esetében a hangsúly az összegeken van

p

+

q

=

n

p+q=n, míg ikerprímek esetén a hangsúly az egymást követő prímréseken van.

 

Példakód: Ikerprím-észlelés

def find_twin_primes(határérték):

    prímszám = sieve_of_eratosthenes(határérték)

    ikrek = [(p, p + 2) for p in primes, if p + 2 in primes]

    Visszatérő ikrek

 

# Példa: Keressen ikerprímeket 100-ig

twin_primes = find_twin_primes(100)

print(f"Ikerprimek 100-ig: {twin_primes}")

Az elliptikus görbékre gyakorolt hatások

A prímpárok elliptikus görbe ábrázolásai kiterjeszthetők ikerprímek tanulmányozására, geometriai betekintést nyújtva a prímrésekbe.

 

Generatív AI-kérések:

"Hasonlítsa össze a Goldbach- és ikerprím-sejtések matematikai szerkezetét."

"Olyan algoritmusok kifejlesztése, amelyek hatékonyan észlelik az ikerprímeket nagy tartományokban."

"Fedezze fel az elliptikus görbék és a prímhézagok közötti kapcsolatot."

6.3 Moduláris formák és L-funkciók Goldbach kontextusban

Moduláris formák és elliptikus görbék

A moduláris formák mélyen kapcsolódnak az elliptikus görbékhez a modularitási tételen keresztül, amely kimondja, hogy minden elliptikus görbe

Q

A Q moduláris formához kapcsolódik. Ezek a formák aritmetikai információkat kódolnak, amelyek felhasználhatók a racionális pontok és prímeloszlások tanulmányozására.

 

Az L-függvények szerepe

A kapcsolódó L-függvények általánosítják a Riemann-féle zéta-függvényt és kapszulázzák a prímek tulajdonságait:

 

L

(

s

,

f

)

=

n

=

1

egy

n

n

s

,

L(s,f)=

n=1

 

n

s

 

egy

n

 

 ,

hol

f

f moduláris forma. Ezeknek a függvényeknek a nullái betekintést nyújtanak a prímek eloszlásába és az elliptikus görbék viselkedésébe.

 

Példakód: Fourier-együtthatók számítása

A Sympy Import fourier_series, PI, szimbólumok

 

x = szimbólumok ("x")

f = fourier_series(x**2, (x, -pi, pi))

print(f"Fourier-sorozat bővítése: {f.csonka(5)}")

Következmények a Goldbach-elliptikus görbékre

Aritmetikai betekintések: A moduláris formák keretet biztosítanak a Goldbach-elliptikus görbék aritmetikájának elemzéséhez.

Általánosított RH: A moduláris formákhoz kapcsolódó L-függvények tanulmányozása olyan additív problémákat befolyásol, mint a Goldbach-sejtés.

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el a moduláris formák és a Goldbach-elliptikus görbék közötti kapcsolatot."

"Írjon kódot az elliptikus görbékhez kapcsolódó moduláris formák L-függvényeinek kiszámításához."

"Fedezze fel, hogy a moduláris űrlapok hogyan finomíthatják a prímpartíciók előrejelzéseit."

Gyakorlatok olvasóknak

Zéta-függvényelemzés: Írjon egy programot a Riemann-féle zéta-függvény első 100 nullájának kiszámításához és ábrázolásához.

Twin Prime Exploration: Az ikerprím-észlelési algoritmus kiterjesztése a prímrések megjelenítéséhez

n

1000

n≤1000.

Moduláris formaelemzés: Elemezze a moduláris formák Fourier-együtthatóit és azok következményeit az elliptikus görbékre.

6.1 Metszéspontok a Riemann-hipotézissel

A Riemann-hipotézis (RH) a matematika egyik legmélyebb megoldatlan problémája, amely mélyen befolyásolja a prímszámelméletet. Azt állítja, hogy a Riemann-féle zéta-függvény összes nemtriviális nullája

G

(

s

)

ζ(k) a kritikus vonalon helyezkednek el

Ismét

(

s

)

=

1

2

Re(s)=

2

1

 . Az RH közvetlen hatással van a prímek eloszlására, amely viszont szabályozza a Goldbach-partíciók viselkedését és a Goldbach-elliptikus görbék szerkezetét.

 

6.1.1 A Riemann-féle zéta-függvény és prímeloszlás

A Riemann-féle zéta-függvény definíciója:

Ismét

(

s

)

1

A >1. pont szerint:

 

G

(

s

)

=

n

=

1

1

n

s

.

g(s) =

n=1

 

n

s

 

1

 .

Analitikusan kiterjed a komplex síkra, kivéve egy egyszerű pólust

s

=

1

s=1. A prímszámtétel szorosan kapcsolódik a zéta-függvényhez a logaritmikus integrál közelítésén keresztül

P

(

x

)

π(x), a prímszámláló függvény:

 

P

(

x

)

Li

(

x

)

=

2

x

d

t

Ln

(

t

)

.

π(x)∼Li(x)=∫

2

x

 

ln(t)

Dt

 .

Ha RH igaz, akkor a prímszámtétel hibaterminusa a következőre szűkül:

 

P

(

x

)

=

Li

(

x

)

+

O

(

x

1

/

2

Ln

(

x

)

)

.

π(x)=Li(x)+O(x

1/2

 ln(x)).

Ez az élesebb kötés a prímek kiszámíthatóbb eloszlását jelenti, ami megkönnyíti a Goldbach-partíciók megértését.

 

Generatív AI-kérések:

"Származtassuk le a Riemann-féle zéta-függvény és a prímsűrűség közötti kapcsolatot."

"Magyarázza el, hogy a Riemann-hipotézis hogyan finomítja a prímszámtétel hibakifejezését."

"Fedezze fel, hogyan befolyásolja az RH a Goldbach-válaszfalak eloszlását nagy méretekben

n

n."

6.1.2 Kritikus nullák és Goldbach-partíciók

Nem triviális nullák

A nem triviális nullái

G

(

s

)

ζ(k), ha

Ismét

(

s

)

=

1

2

Re(s)=

2

1

 , olyan szimmetriákat tár fel, amelyek befolyásolják a prímek sűrűségét az aritmetikai progressziókban. Mivel a Goldbach-partíciók ilyen prímektől függenek, a hipotézis közvetetten befolyásolja azok gyakoriságát.

 

Nullák megjelenítése

Numpy importálása NP-ként

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

MPMATH importálásból Zetazero

 

# Számítsuk ki az első néhány zéta nulla képzetes részeit

nullák = [zetazero(n).imag for n in range(1, 51)]

 

# Ábrázolja a nullákat

plt.scatter(range(1; 51); nullák; color='kék')

plt.title("Az első 50 zéta-függvény nullájának képzeletbeli részei")

plt.xlabel("Zéró index")

plt.ylabel("Képzeletbeli rész")

plt.grid(Igaz)

plt.show()

6.1.3. A Goldbach-partíciók hibahatárai

Az RH prímhézagokra vonatkozó korlátai közvetlenül befolyásolják a Goldbach-partíciók számának hibahatárait

g

(

n

)

g(n), definíció szerint az utak száma

n

n kifejezhető a következőképpen

p

+

q

p+q, ahol

p

p és

q

q prímek.

 

Példakód: Goldbach-partíciók becslése

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def count_goldbach_partitions n):

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    visszatérési összeg(1 p esetén prímekben, ha (n - p) prímekben és p <= n - p)

 

# Példa: Számolja meg a partíciókat páros egész számokhoz 50-ig

n esetén a (4, 51, 2) tartományban:

    print(f"Goldbach partíciók {n}: {count_goldbach_partitions(n)}")

Következmények a Goldbach-görbékre

Ha az RH igaz, akkor a prímeloszlás megnövekedett szabályossága kiszámíthatóbb növekedési ütemet biztosít

g

(

n

)

g(n). Ez kiterjed a Goldbach-elliptikus görbék racionális pontjaira, befolyásolva azok geometriai szerkezetét.

 

6.1.4 Az elliptikus görbe elemzésének következményei

A modularitási tétel elliptikus görbéket köt össze

Q

Q moduláris formákkal, amelyeket viszont az L-függvények befolyásolnak. Ezeknek az L-függvényeknek a nullái, a Riemann-féle zéta-függvény általánosításai, befolyásolják a racionális pontok eloszlását.

 

Példakód: Moduláris L-függvények számítása

A sympy import összegzésből, szimbólumokból, faktoriálisból

 

s, n = szimbólumok('s n')

a_n = 1 / faktoriális(n) # Példa Fourier-együtthatókra

L_function = összegzés(a_n / n**s, (n, 1, 100))

print(f"Csonkított L-függvény: {L_function}")

Generatív AI-kérések:

"Írj egy programot a Goldbach-elliptikus görbékhez kapcsolódó moduláris L-függvények kiszámításához."

"Vizsgálja meg, hogyan befolyásolják az L-függvények nullái a racionális ponteloszlásokat."

"Vizualizációk fejlesztése az L-függvény nullák és a zéta-függvény nullák összehasonlítására."

Gyakorlatok olvasóknak

Zéta-függvényelemzés: Számítsa ki és ábrázolja a Riemann-féle zéta-függvény első 100 nemtriviális nulláját.

Prím hibahatárok: RH feltételezések használatával számítsa ki a szűkebb határokat

P

(

x

)

π(x) az

x

1

0

6

X≤10

6

 .

Partíció növekedése: Elemezze a növekedését

g

(

n

)

g(n) mint

n

1000

n≤1000 azzal a feltételezéssel, hogy RH igaz.

6.2 Kapcsolat az ikerprím-sejtéssel

Az ikerprím-sejtés (TPC) azt állítja, hogy végtelen sok prímpár létezik

(

p

,

p

+

2

)

(p,p+2). Bár különbözik a Goldbach-sejtéstől (GC), a két sejtés mélyen kapcsolódik egymáshoz a prímszám-eloszlásokra és az additív tulajdonságokra támaszkodva. Mindkettő tükrözi a prímek térközét és párosítását szabályozó belső mintákat, kiegészítő betekintést nyújtva a számelmélet szerkezetébe.

 

6.2.1 Strukturális párhuzamok Goldbach és ikerprímek között

Additív kapcsolatok prímpárosításban

Goldbach válaszfalak: Páros

n

n,

n

=

p

+

q

n=p+q, ahol

p

,

q

p,q prímek.

Twin Prime Pairs: Bármely prímhez

p

p,

(

p

,

p

+

2

)

(p,p+2).

Mindkét sejtés a prímek sűrűségétől és eloszlásától függ az aritmetikai progressziókon belül, és magában foglalja a prímek kis és nagy rései közötti kölcsönhatást.

 

Közös kihívások

Korlátlan prímhézagok: Mindkét sejtést prímhézagok befolyásolják, a TPC a kis rögzített résekre (2), a GC pedig a változó prímhézagokat tartalmazó összegekre összpontosít.

Szitálási technikák: Az ikerprímek és a Goldbach-partíciók kimutatására szolgáló algoritmusok gyakran használják az Eratoszthenész szitájának változatait, hangsúlyozva számítási hasonlóságukat.

6.2.2 Ikerprímek észlelése

Az ikerprímek hatékony detektálása a kiterjesztett szitálási technikákon alapul, hogy azonosítsák a 2-vel elválasztott párokat.

 

Példakód: Ikerprím-észlelés

def find_twin_primes(határérték):

    prímszám = sieve_of_eratosthenes(határérték)

    ikrek = [(p, p + 2) for p in primes, if p + 2 in primes]

    Visszatérő ikrek

 

# Példa: Keressen ikerprímeket 100-ig

twin_primes = find_twin_primes(100)

print(f"Ikerprimek 100-ig: {twin_primes}")

Hozam:

Ikerprímek 100-ig: [(3, 5), (5, 7), (11, 13), (17, 19), (29, 31), (41, 43), (59, 61), (71, 73)]

Ikerprímhézagok vizualizációja

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_twin_prime_gaps(twin_primes):

    Hézagok = [p2 - p1 a p1, p2 twin_primes]

    plt.bar(tartomány(hossz(hézagok)), hézagok, color='kék', alfa=0,7)

    plt.title("Twin Prime Gaps")

    plt.xlabel("Index")

    plt.ylabel("Hézag mérete")

    plt.show()

 

# Példa: Ikerprímhézagok vizualizálása

plot_twin_prime_gaps (twin_primes) bekezdés

6.2.3 Csatlakozások prímsűrűségen keresztül

Az ikerprím-sejtést és a Goldbach-sejtést a Hardy-Littlewood-sejtés befolyásolja, amely megjósolja a meghatározott feltételeket kielégítő prímpárok sűrűségét. Például az ikerprímek sűrűségét a következő állandó szabályozza:

 

C

2

=

2

p

2

(

1

1

(

p

1

)

2

)

,

C

2

 =2

2>oldal

 (1−

(p−1)

2

 

1

 ),

ahol a szorzat kiterjed az összes páratlan prímre

p

p. Hasonlóképpen, a Goldbach-partíciók a prímek eloszlásától és összegző tulajdonságaitól függenek.

 

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el a Hardy-Littlewood sejtést és annak következményeit az ikerprímekre és a Goldbach-partíciókra."

"Írjon egy programot az ikerprím-állandó kiszámításához

C

2

C

2

  a nagy pontosság érdekében."

"Elemezze, hogy a prímsűrűség hogyan befolyásolja az ikerprímek és a Goldbach-partíciók növekedését."

6.2.4 Elliptikus görbe ábrázolások ikerprímekre

Az ikerprímek elliptikus görbékkel történő geometriai értelmezése párhuzamos lehet a Goldbach-partíciókhoz használt megközelítéssel. Például a görbe:

 

y

2

=

x

(

x

+

2

)

(

x

k

)

,

y

2

 =x(x+2)(x−k),

hol

k

k a prímek közötti rést reprezentáló paraméter, amely ikerprím-kapcsolatokat kódolhat, ha

(

x

,

y

)

(x,y) racionális pontok.

 

Példakód: Ikerprímek ábrázolása görbéken

def twin_prime_curve(x, hézag=2):

    visszatérés x * (x + rés) * (x - hézag)

 

# Példa: Értékelje ki a görbét x értékekre ikerprímek közelében

x_vals = tartomány(3, 20)

curve_vals = [twin_prime_curve(x) for x in x_vals]

print(f"Görbeértékek x közeli ikerprímek esetén: {curve_vals}")

Ikerprím elliptikus görbék vizualizációja

def plot_twin_prime_curve(x_range, hézag=2):

    x = lista(x_range)

    y = [twin_prime_curve(xi, hézag) for xi in x]

    plt.plot(x, y, label=f"y^2 = x(x + {gap})(x - {gap})")

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.title("Twin Prime elliptikus görbe")

    plt.xlabel("x")

    plt.ylabel("y^2")

    plt.legend()

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

 

# Példa: Ábrázolja az iker prím elliptikus görbét

plot_twin_prime_curve(tartomány(3; 20))

Generatív AI-kérések

"Geometriai keretrendszer kidolgozása az ikerprímek elliptikus görbéken történő ábrázolására."

"Írjon egy programot az ikerprímek növekedési ütemének elemzésére szitamódszerekkel."

"Fedezze fel a kis prímhézagok hatását a moduláris formák szerkezetére."

Gyakorlatok olvasóknak

Ikerprím-vizualizáció: Írjon egy programot az ikerprímek észlelésére

n

1000

n≤1000 és vizualizálja a réseket.

Elliptikus görbe elemzés: Készítsen és elemezzen elliptikus görbéket, amelyek ikerprímeket reprezentálnak

k

=

2

,

4

,

6

k=2,4,6.

Hardy-Littlewood előrejelzések: Számítsa ki és hasonlítsa össze az ikerprímek előrejelzett sűrűségét empirikus eredményekkel.

6.3 Moduláris formák és L-funkciók Goldbach kontextusban

A moduláris formák és a hozzájuk tartozó L-függvények mély metszéspontot jelentenek az analitikus és algebrai számelmélet között. Ezek az eszközök keretet biztosítanak a prímeloszlások, az elliptikus görbék és az additív problémák, például a Goldbach-sejtés tanulmányozásához. Ebben a részben azt vizsgáljuk, hogy a moduláris formák és az L-függvények hogyan járulnak hozzá a Goldbach-partíciók, racionális pontok és a Goldbach-elliptikus görbék geometriájának megértéséhez.

 

6.3.1 Bevezetés a moduláris formákba

A moduláris forma komplex-analitikus függvény

f

(

z

)

f(z) a felső félsíkon, amely megfelel meghatározott transzformációs tulajdonságoknak egy moduláris csoport hatására. Moduláris formában

f

(

z

)

f(z) tömeg

k

k és szint

N

N:

 

f

(

egy

z

+

b

c

z

+

d

)

=

(

c

z

+

d

)

k

f

(

z

)

,

f(

cz+d

AZ+B

 )=(cz+d)

k

 f(z),

hol

(

egy

b

c

d

)

(

egy

c

 

b

d

 ) egy mátrix

SL

(

2

,

Z

)

SL(2,Z).

 

Fourier-expanzió

A moduláris formák Fourier-sorozatként fejezhetők ki:

 

f

(

z

)

=

n

=

0

egy

n

e

2

P

én

n

z

.

f(z) =

n=0

 egy

n

 e

2pinz

 .

Az együtthatók

egy

n

egy

n

  Kódolja az aritmetikai tulajdonságokat, amelyek gyakran kapcsolódnak a prímeloszlásokhoz.

 

Példakód: Fourier-együtthatók számítása

Sympy import szimbólumokból, fourier_series, pi

 

z = szimbólumok ("z")

f = fourier_series(z**2, (z, -pi, pi))

print(f"Fourier-sorozat bővítése: {f.csonka(5)}")

6.3.2 A moduláris formák és az elliptikus görbék közötti kapcsolatok

A modularitási tétel

A modularitási tétel kimondja, hogy minden elliptikus görbe

Q

Q megfelel a 2 súly moduláris formájának. Goldbach elliptikus görbéhez

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

y

2

 =x(x−p)(x−q), a hozzá tartozó moduláris forma betekintést nyújt racionális pontjaiba és aritmetikai szerkezetébe.

 

Következmények a Goldbach-válaszfalakra

Racionális pontok: A moduláris formák segítenek azonosítani a racionális pontok sűrűségét és eloszlását a Goldbach-elliptikus görbéken.

Prímpárok: Az együtthatók

egy

n

egy

n

  a moduláris forma Fourier-kiterjesztése tükrözheti a Goldbach-prímpartíciók mintáit.

Generatív AI-kérések:

"Magyarázza el a moduláris formák szerepét a Goldbach-válaszfalakhoz kapcsolódó elliptikus görbék tanulmányozásában."

"Fejlesszen ki egy programot a specifikus elliptikus görbék moduláris formáinak kiszámítására."

"Elemezze a moduláris formák Fourier-együtthatóit a Goldbach-partíciók előrejelzéséhez."

6.3.3 L-függvények és nulláik

Az L-függvények meghatározása

Az L-függvény egy komplex függvény, amely általánosítja a Riemann-féle zéta-függvényt. Moduláris formában

f

f, a kapcsolódó L-függvény:

 

L

(

s

,

f

)

=

n

=

1

egy

n

n

s

,

L(s,f)=

n=1

 

n

s

 

egy

n

 

 ,

hol

egy

n

egy

n

  a Fourier-együtthatói

f

f.

 

Kritikus nulla vonal

Az általánosított Riemann-hipotézis (GRH) azt állítja, hogy az L-függvények nemtriviális nullái a kritikus vonalon fekszenek

Ismét

(

s

)

=

1

2

Re(s)=

2

1

 . Ezek a nullák befolyásolják a prímek eloszlását és a Goldbach-sejtésekhez hasonló feltételezések érvényességét.

 

Kódpélda: L-függvény közelítése

A sympy import összegzésből, szimbólumokból, faktoriálisból

 

s, n = szimbólumok('s n')

a_n = 1 / faktoriális(n) # Példa Fourier-együtthatókra

L_function = összegzés(a_n / n**s, (n, 1, 50))

print(f"Csonkított L-függvény: {L_function}")

L-függvény nullák megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

Numpy importálása NP-ként

 

# Példa L-függvény nullákra (mintaadatok)

nullák = [1/2 + 14,134j, 1/2 + 21,022j, 1/2 + 25,011j]

real_parts = [z.real for z nullában]

imaginary_parts = [z.imag for z in zeros]

 

plt.scatter(real_parts; imaginary_parts; color='kék')

plt.axhline(0; color='fekete'; vonalvastagság=0,5)

plt.axvline(0.5; color='red'; linestyle='--', label="Kritikus sor")

plt.title("Egy példa L-függvény nullái")

plt.xlabel("Re(k)")

plt.ylabel("Im(ek)")

plt.legend()

plt.grid(Igaz)

plt.show()

6.3.4 Következmények a Goldbach-sejtésre

Prímsűrűség: A moduláris L-függvények nullái korrelálnak a prímek sűrűségével, befolyásolva a Goldbach-partíciók frekvenciáját.

Hibahatárok: Az L-függvények finomítják a prímpár-eloszlások hibahatárait additív problémákban.

Gyakorlatok olvasóknak

Fourier-együtthatók: Számítsa ki és elemezze az első 20 Fourier-együtthatót a 2. súly moduláris formájára.

L-függvény nullák: Írjon egy programot a Goldbach-elliptikus görbékhez társított L-függvények nulláinak közelítésére.

Goldbach-partíciók: Vizsgálja meg, hogy a moduláris formák együtthatói hogyan jelzik előre a partíciók számát

g

(

n

)

g(n).

Generatív AI-kérések

"Írj egy Python programot a moduláris formák Fourier-kiterjesztésének kiszámításához Goldbach-elliptikus görbékhez."

"Magyarázza el, hogy az L-függvények hogyan általánosítják a Riemann-féle zéta-

függvényt és befolyásolják a Goldbach-sejtést."

"Generáljon vizualizációkat, amelyek összehasonlítják a moduláris L-függvények nulláit és a zéta-függvényt."

7. fejezet: Generatív mesterséges intelligencia a kutatásban és a felfedezésben

A generatív mesterséges intelligencia átalakította a kutatási módszertanokat a tudományágak között, és alkalmazása a Goldbachéhoz hasonló matematikai sejtésekre különösen ígéretes. A mintafelismerés, a számítási teljesítmény és a kreatív felfedezés kombinálásával az AI eszközöket biztosít a modellezéshez, elemzéshez és akár új matematikai elemzések létrehozásához is. Ez a fejezet azt vizsgálja, hogy az AI hogyan járulhat hozzá a Goldbach-sejtés megoldásához célzott promptok, adatmodellezés és interaktív kódkönyvtárak segítségével.

 

7.1 AI-vezérelt utasítások matematikai sejtések feltárásához

A generatív AI-kérések szerepe

A generatív AI kiválóan képes hatalmas mennyiségű adat szintetizálásában, hipotézisek generálásában és a feltáró feladatok automatizálásában. A konkrét matematikai kérdésekre szabott promptok új mintákat tárhatnak fel, vagy új megközelítéseket javasolhatnak.

 

Minta AI-kérések

"Goldbach-válaszfalak lehetséges geometriai ábrázolásainak generálása elliptikus görbéken."

"Javasoljon transzformációkat a Goldbach-sejtéshez kapcsolódó moduláris formák egyszerűsítésére."

"Azonosítsa a prímpár-eloszlások mintáit

n

1

0

6

n≤10

6

 ."

Példa: AI-támogatott elsődleges partícióelemzés

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

# AI-támogatott elsődleges partíciógenerátor

def generate_goldbach_partitions(n):

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    return [(p, n - p) for p in primes, if n - p in primes]

 

# Prompt: "Partíciók elemzése n = 20, 50, 100"

n esetén [20, 50, 100]-ban:

    partíciók = generate_goldbach_partitions(n)

    print(f"Goldbach partíciók {n}: {partíciók}")

7.2 A mesterséges intelligencia kihasználása az elliptikus görbe viselkedésének modellezésére

Racionális pontok előrejelzése

A generatív modellek, például a neurális hálózatok, képesek megjósolni az elliptikus görbék racionális pontjait a meglévő adatkészletek elemzésével és a minták azonosításával.

 

Kódpélda: Racionális pontelőrejelzés mesterséges intelligenciával

from sklearn.linear_model import LinearRegression

Numpy importálása NP-ként

 

# Példa adatkészlet: Goldbach-görbe paraméterek és ismert racionális pontok

X = np.array([[10, 3, 7], [20, 7, 13], [30, 11, 19]]) # n, p, q

y = np.array([5, 10, 15]) # Racionális pontok száma

 

# A modell betanítása

model = LinearRegression()

modell.fit(X; y)

 

# Előrejelzés egy új Goldbach-görbére

előrejelzés = modell.predict([[40, 13, 27]])

print(f"Előre jelzett racionális pontok n = 40, p = 13, q = 27: {előrejelzés[0]:.2f}")

Generatív AI-kérések:

"Gépi tanulási modell betanítása a racionális pontok előrejelzésére elliptikus görbéken Goldbach-partíciók alapján."

"Szimulálja a racionális ponteloszlásokat nagy

n

n generatív ellenséges hálózatok használatával."

"Vizualizálja az elliptikus görbék előre jelzett és tényleges racionális pontjait."

7.3 Kódkönyvtárak interaktív kutatáshoz

Az interaktív kódkönyvtárak demokratizálják a fejlett matematikai eszközökhöz való hozzáférést. Az AI-vezérelt könyvtárak funkciókat biztosíthatnak a prímgeneráláshoz, a görbetranszformációkhoz és a moduláris aritmetikához, a Goldbach-kutatásokhoz igazítva.

 

Példa könyvtárszerkezetre

goldbach_ai.py

 

# Goldbach-sejtés kutatásának könyvtára

def sieve_of_eratosthenes(határérték):

    szita = [Igaz] * (határérték + 1)

    szit[0] = szitán[1] = hamis

    Kezdő tartomány esetén(2, INT(HATÁRÉRTÉK**0,5) + 1):

        Ha szita[start]:

            többszörös tartomány esetén (start * start, limit + 1, start):

                szita[többszörös] = hamis

    return [szám a szám helyett, is_prime a felsorolás(szitában), ha is_prime]

 

def generate_goldbach_partitions(n):

    biztosítási díjak = sieve_of_eratosthenes(n)

    return [(p, n - p) for p in primes, if n - p in primes]

 

def plot_goldbach_curve(n, p, q):

    Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

    x = tartomány(n)

    y = [xi * (xi - p) * (xi - q) for xi in x]

    plt.plot(x, y, label=f"Goldbach-görbe: n={n}, p={p}, q={q}")

    plt.legend()

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

Generatív AI-kérések:

"Írjon egy könyvtárfüggvényt a Goldbach-elliptikus görbék moduláris aritmetikai tulajdonságainak elemzésére."

"Fejlesszen ki egy interaktív irányítópultot a Goldbach-partíciók és racionális pontok megjelenítéséhez."

"Hozzon létre eszközöket a Goldbachhoz kapcsolódó adatok valós idejű előrejelzéséhez mesterséges intelligencia segítségével."

Gyakorlatok olvasóknak

AI-alapú elemzés: Generatív AI-modell használata a Goldbach-partíciók mintáinak azonosításához

n

1000

n≤1000.

Interaktív vizualizáció: Interaktív vizualizáció fejlesztése prímpárokhoz társított elliptikus görbékhez

(

p

,

q

)

(p,q).

Könyvtárfejlesztés: A rendelkezésre álló goldbach_ai.py könyvtár bővítése új funkciókkal a moduláris űrlapokhoz és az L-funkciókhoz.

7.1 AI-vezérelt utasítások matematikai sejtések feltárásához

A generatív AI-eszközök, ha gondosan kidolgozott promptokkal együtt használják őket, segíthetnek a kutatóknak a Goldbachéhoz hasonló összetett matematikai feltételezések feltárásában. A minták szintetizálásával, hipotézisek generálásával és a számítások automatizálásával ezek az eszközök segítenek feltárni az új betekintéseket és a bizonyítási vagy ellenpéldákhoz vezető utakat. Ebben a részben azt vizsgáljuk, hogy az AI-vezérelt utasítások hogyan alakíthatják a kutatást, példákat szolgáltathatnak, és bemutathatják hatásukat a Goldbach-sejtés elméleti és számítási szempontjaira egyaránt.

 

7.1.1 Hatékony promptok tervezése

Az AI-utasítások felépítése

A jól strukturált parancssorok az AI-t konkrét feladatokra összpontosítják, például:

 

Hipotézisek generálása a prímeloszlásról.

Goldbach partíciók számításainak automatizálása.

Matematikai minták megjelenítése moduláris aritmetikai vagy elliptikus görbékben.

Példák prompttípusokra:

 

Feltáró utasítások: "Javasoljon geometriai ábrázolásokat a Goldbach-válaszfalakhoz elliptikus görbéken."

Számítási utasítások: "Írjon Python-kódot, hogy prímeket generáljon

n

=

1

0

6

n=10

6

  és elemezze eloszlásukat."

Elméleti utasítások: "Magyarázza el a moduláris formák és az elliptikus görbék racionális pontjai közötti kapcsolatot."

7.1.2 A Goldbach-sejtés feltárása

Példák és kimenetek

Prompt: "Elemezze a Goldbach partíciók növekedési ütemét

g

(

n

)

g(n) páros egész számig, legfeljebb

n

=

1

0

4

n=10

4

 ."

 

AI által javasolt megközelítés:

 

Használja az Eratosthenes szitáját prímek előállításához.

Egyenletes egész számok közötti iteráció

n

n és számolja meg a prímpárokat

(

p

,

q

)

(p,q) úgy, hogy

p

+

q

=

n

p+q=n.

Parcella

g

(

n

)

g(n) ellen

n

n a minták azonosításához.

Példakód: számítástechnika

g

(

n

)

g(n)

 

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def goldbach_partition_growth(határérték):

    prímek = lista(prímtartomány(2, határérték))

    partition_counts = []

    n esetén a tartományban (4, határérték + 1, 2):

        count = szum(1 p esetén prímekben, ha n - p prímekben és p <= n - p)

        partition_counts.append((n, darab))

    visszatérő partition_counts

 

# Elemezze a Goldbach partíció növekedését n esetén 10^4-ig

eredmények = goldbach_partition_growth(10000)

print(results[:10]) # Az első 10 eredmény megjelenítése

Ábrázolási eredmények

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

n_values = [r[0] for r in results]

counts = [r[1] for r in results]

 

plt.plot(n_values, counts, label="Goldbach partíciónövekedés")

plt.title("Goldbach-partíciók növekedése \( g(n) \)")

plt.xlabel("Páros egész szám \( n \)")

plt.ylabel("Partíciók száma \( g(n) \)")

plt.legend()

plt.grid(Igaz)

plt.show()

7.1.3 Elmélet-orientált utasítások

Példa elméleti prompt

Kérdés: "Magyarázza el, hogyan finomítja a moduláris aritmetika a Goldbach-partíciók prímeloszlásainak előrejelzéseit."

 

AI által javasolt válasz:

 

A moduláris aritmetika megszorításokat biztosít a prímpárok számára

(

p

,

q

)

(p,q), csökkentve a számítási teret.

Egy adott

n

n,

p

p és

q

=

n

p

q=n−p-nek meg kell felelnie bizonyos moduláris kongruenciáknak, javítva a szita hatékonyságát.

7.1.4 Generatív kérések vizualizációkhoz

A matematikai minták vizualizálása olyan összefüggéseket tárhat fel, amelyeket egyébként nehéz megkülönböztetni. Az AI-alapú eszközök segíthetnek grafikonok, grafikonok és interaktív modellek létrehozásában.

 

Példa vizualizációs kérésre

Prompt: "Hozzon létre egy interaktív diagramot a Goldbach-elliptikus görbék racionális pontjainak feltárására változó

n

n."

 

Példakód: Racionális pontok megjelenítése

 

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def goldbach_curve_rational_points(n, prímek):

    pont = []

    p esetén prímekben:

        q = n - p

        Ha q prímekben és q > p:

            x esetén a (0, n) tartományban:

                y2 = x * (x - p) * (x - q)

                ha y2 >= 0:

                    pontok.append((x, y2))

    Visszatérési pontok

 

# Példa: Vizualizálja racionális pontjait n = 50 esetén

prímek = lista(prímtartomány(2; 50))

pont = goldbach_curve_rational_points(50, prímek)

 

x_vals = [pt[0] pt esetén pontokban]

y_vals = [pt[1] pt esetén pontokban]

 

PLT.Scatter(x_vals; y_vals; color='kék'; alfa=0,7)

plt.title("Racionális pontok a Goldbach-görbén n = 50-re")

plt.xlabel("x")

plt.ylabel("y^2")

plt.grid(Igaz)

plt.show()

7.1.5 Bővülő kutatási horizont

Speciális promptok

"Szimulálja a Goldbach-elliptikus görbékhez kapcsolódó moduláris formák eloszlását."

"Javasoljon egy heurisztikus bizonyítási megközelítést a Goldbach-sejtéshez mesterséges intelligencia által generált betekintések felhasználásával."

"Moduláris aritmetikai elemzésre optimalizált Goldbach-partíciók sorozatának létrehozása."

A generatív mesterséges intelligencia integrálása matematikai szoftverekkel

Az olyan platformok, mint a Mathematica, a Python és a Wolfram Language integrálhatják az AI-utasításokat a kutatási munkafolyamatok egyszerűsítése érdekében.

 

Gyakorlatok olvasóknak

Feltáró elemzés: AI használata a Goldbach-partíciók mintáinak azonosítására

n

1000

n≤1000.

Vizualizációs fejlesztés: Interaktív vizualizációk létrehozása a

g

(

n

)

g(n) mesterséges intelligenciával támogatott kód használatával.

Prompt Refinement: Fejlesszen ki egy AI-parancssorokból álló könyvtárat a moduláris űrlapok és az L-függvények közötti kapcsolatok feltárásához.

7.2 A mesterséges intelligencia kihasználása az elliptikus görbe viselkedésének modellezésére

Az elliptikus görbék központi szerepet játszanak a számelmélet számos területén, beleértve a Goldbach-partíciók tanulmányozását is. Ezeknek a görbéknek a viselkedésének megértéséhez racionális pontjaikat, moduláris formájukat és geometriai struktúráikat kell elemezni. A generatív mesterséges intelligencia transzformatív megközelítést kínál azáltal, hogy lehetővé teszi az elliptikus görbe elemzésének szimulációját, előrejelzését és optimalizálását, új utakat nyitva a kutatás és a felfedezés terén.

 

7.2.1 Racionális pontok előrejelzése gépi tanulással

A gépi tanulási modellek, például a regresszió és a neurális hálózatok képesek megjósolni az elliptikus görbék racionális pontjait. Az elliptikus görbék meglévő adatkészleteinek és tulajdonságainak betanításával ezek a modellek mintákat tárhatnak fel, és új elemzéseket javasolhatnak.

 

Példa: regressziós modell racionális pont-előrejelzéshez

1. lépés: Adatkészlet előkészítése

 

Bemeneti jellemzők: Görbe paraméterek

(

p

,

q

,

n

)

(p,q,n).

Kimenet: A görbe racionális pontjainak száma.

Kód implementáció

 

from sklearn.linear_model import LinearRegression

Numpy importálása NP-ként

 

# Példa adatkészlet: paraméterek (p, q, n) és racionális pontok

X = np.tömb([[3, 7, 10], [7, 13, 20], [11, 19, 30]]) # (p, q, n)

y = np.array([4, 8, 12]) # Racionális pontok száma

 

# Lineáris regressziós modell betanítása

model = LinearRegression()

modell.fit(X; y)

 

# Racionális pontok előrejelzése egy új görbéhez

előrejelzés = modell.predict([[13, 27, 40]])

print(f"A görbe várható racionális pontjai p=13, q=27, n=40: {előrejelzés[0]:.2f}")

Előrejelzések javítása neurális hálózatokkal

Komplex viselkedések esetén a neurális hálózatok modellezhetik a görbeparaméterek és a racionális pontok közötti nemlineáris kapcsolatokat.

 

Példakód: A TensorFlow használata előrejelzésekhez

 

Tensorflow importálása TF-ként

from tensorflow.keras.models import Sequential

from tensorflow.keras.layers import Sűrű

 

# Adatkészlet betanításhoz

X = np.tömb([[3, 7, 10], [7, 13, 20], [11, 19, 30]])

y = np.tömb([4; 8; 12])

 

# Definiáljon egy egyszerű neurális hálózatot

modell = szekvenciális([

    Sűrű(32, aktiválás='relu', input_shape=(3,)),

    Sűrű(16, aktiválás='relu'),

    Sűrű(1) # Egyetlen kimenet: előre jelzett racionális pontok

])

 

modell.compill(optimalizáló='adam'; loss='mean_squared_error')

model.fit(X; y; epochs=100; részletes=0)

 

# Új görbe előrejelzése

előrejelzés = modell.predict([[13, 27, 40]])

print(f"Neurális hálózat előrejelzése: {prediction[0][0]:.2f}")

7.2.2 Az elliptikus görbe dinamikájának megjelenítése

Az elliptikus görbék viselkedésének vizualizálása segít megérteni tulajdonságaikat, beleértve a racionális pontok eloszlását és a szimmetriát.

 

Példakód: Goldbach-elliptikus görbék ábrázolása

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_elliptic_curve(p, q, n, határérték=50):

    x = tartomány(határérték)

    y2 = [xi * (xi - p) * (xi - q) for xi in x]

    PLT.PLOT(x, y2, label=f"y² = x(x - {p})(x - {q})")

    plt.axhline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.axvline(0; color="black"; linewidth=0,5)

    plt.title(f"Goldbach-elliptikus görbe n={n}, p={p}, q={q}")

    plt.xlabel("x")

    plt.ylabel("y²")

    plt.grid(Igaz)

    plt.legend()

    plt.show()

 

# Példa: Vizualizálja a görbét p=7, q=13, n=20 esetén

plot_elliptic_curve(7, 13, 20)

7.2.3 A görbeelemzés optimalizálása generatív mesterséges intelligenciával

A generatív mesterséges intelligencia az elliptikus görbék hatalmas paramétertereinek feltárására, a racionális pontok maximalizálására vagy váratlan struktúrák feltárására szolgáló konfigurációk azonosítására használható.

 

Generatív AI-kérések

"Javasoljon paraméterkombinációkat

(

p

,

q

,

n

)

(p,q,n) maximális racionális pontokkal rendelkező Goldbach-elliptikus görbékre."

"Szimulálja a moduláris transzformációkat a nagy

n

n."

"Fejlesszen ki egy heurisztikát a racionális pontsűrűség becslésére elliptikus görbéken."

7.2.4 Esettanulmány: A mesterséges intelligencia alkalmazása moduláris formákra

Az elliptikus görbékhez társított moduláris formák értékes aritmetikai információkat kódolnak. Az AI elemezheti ezeket a formákat, hogy felfedje a Fourier-együtthatók mintáit, amelyek a prímeloszlásokhoz és a görbe tulajdonságaihoz kapcsolódnak.

 

Példakód: Moduláris űrlapelemzés

A sympy import összegzésből, szimbólumok

 

s, n = szimbólumok('s n')

a_n = 1 / n**2 # Példa Fourier-együtthatóra

L_function = összegzés(a_n / n**s, (n, 1, 50))

print(f"Csonkított moduláris L-funkció: {L_function}")

Látványtervezés

Numpy importálása NP-ként

 

def plot_modular_form_coefficients():

    n = np.tartomány(1, 51)

    együtthatók = 1 / n**2

    plt.bar(n, együtthatók, szín="kék", alfa=0,7)

    plt.title("Moduláris formák Fourier-együtthatói")

    plt.xlabel("n")

    plt.ylabel("a_n")

    plt.show()

 

plot_modular_form_coefficients()

7.2.5 Ellenőrző kérdések

AI-modellezés: Neurális hálózat betanítása racionális pontok előrejelzéséhez

n

1000

n≤1000 az elliptikus görbe paraméterei alapján.

Interaktív vizualizáció: Fejlesszen ki egy interaktív eszközt az elliptikus görbék megjelenítéséhez változó

p

p,

q

q, és

n

n.

Paraméteroptimalizálás: Generatív AI használata az optimális javaslathoz

(

p

,

q

,

n

)

(p,q,n) meghatározott tulajdonságokkal rendelkező Goldbach-elliptikus görbék értékei.

7.3 Kódkönyvtárak interaktív kutatáshoz

A kódkönyvtárak kritikus szerepet játszanak a modern matematikai kutatásban. Az alapvető algoritmusok beágyazásával és felhasználóbarát felületek biztosításával lehetővé teszik a kutatók, oktatók és rajongók számára, hogy olyan összetett feltételezéseket vizsgáljanak meg, mint Goldbaché. A Goldbachhoz kapcsolódó kutatásokhoz igazított interaktív könyvtárak lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy hozzáférhető és testreszabható környezetben kísérletezzenek elsődleges generációval, moduláris formákkal, elliptikus görbékkel és racionális pontokkal.

 

7.3.1 A Goldbach Kutatási Könyvtár alapvető jellemzői

A Goldbach-kutatás hatékony könyvtárának tartalmaznia kell modulokat a következőkhöz:

 

Prime generáció: Hatékony szitálási módszerek nagy tartományokhoz.

Goldbach partíciók: Eszközök a partíciók számlálásához és megjelenítéséhez

g

(

n

)

g(n).

Elliptikus görbe analízis: Racionális pontok vizualizálása és számítása.

Moduláris formák és L-függvények: Aritmetikai tulajdonságok elemzése.

AI-integráció: Prediktív modellezés és generatív elemzések.

7.3.2. Példa könyvtár: goldbach_research.py

Az alábbiakban egy interaktív Goldbach-kutatáshoz tervezett Python könyvtár vázlata látható.

 

Prime generációs modul

def sieve_of_eratosthenes(határérték):

    """Generáljon egy prímlistát a megadott határértékig az Eratosthenes szita segítségével."""

    szita = [Igaz] * (határérték + 1)

    szit[0] = szitán[1] = hamis

    Kezdő tartomány esetén(2, INT(HATÁRÉRTÉK**0,5) + 1):

        Ha szita[start]:

            többszörös tartomány esetén (start * start, limit + 1, start):

                szita[többszörös] = hamis

    return [szám a szám helyett, is_prime a felsorolás(szitában), ha is_prime]

Goldbach partíció elemzés

def goldbach_partitions(n):

    """Adja vissza az összes prímpárt (p, q) úgy, hogy p + q = n."""

    biztosítási díjak = sieve_of_eratosthenes(n)

    return [(p, n - p) p-re prímekben, ha n - p prímekben és p <= n - p]

 

def goldbach_partition_count(határérték):

    """Számolja meg a Goldbach-partíciókat minden páros számra egy határig."""

    eredmények = {}

    n esetén a tartományban (4, határérték + 1, 2):

        eredmények[n] = hossz(goldbach_partitions(n))

    Visszatérési eredmények

Elliptikus görbe modul

def goldbach_elliptic_curve(p, q, n, határérték=50):

    """Számítsa ki a Goldbach-elliptikus görbe pontjait y^2 = x(x - p)(x - q)."""

    pont = []

    x esetén a tartományban (határérték):

        y2 = x * (x - p) * (x - q)

        ha y2 >= 0:

            pontok.append((x, y2))

    Visszatérési pontok

Vizualizációs modul

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_goldbach_curve(pontok):

    """Ábrázolja a racionális pontokat a Goldbach-féle elliptikus görbén."""

    x_vals = [pt[0] pt esetén pontokban]

    y_vals = [pt[1] pt esetén pontokban]

    PLT.SZÓRÁS(x_vals; y_vals; szín="kék"; alfa=0,7)

    plt.title("Racionális pontok a Goldbach-elliptikus görbén")

    plt.xlabel("x")

    plt.ylabel("y^2")

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

AI integrációs modul

from sklearn.linear_model import LinearRegression

Numpy importálása NP-ként

 

def predict_rational_points(adatok, new_curve):

    """Jósolja meg egy új görbe racionális pontjainak számát lineáris regresszióval."""

    X = np.array([d[:3] for d in data]) # Jellemzők: (p, q, n)

    y = np.array([d[3] for d in data]) # Kimenet: racionális pontszám

    model = LinearRegression().fit(X, y)

    return model.predict([new_curve])

7.3.3 Interaktív használati esetek

1. felhasználási eset: Goldbach-partíciók számlálása

határérték = 100

eredmények = goldbach_partition_count(határérték)

n esetén számolja meg a results.items() mezőben:

    print(f"Goldbach partíciók {n}: {count}")

2. használati eset: Racionális pontok megjelenítése

p, q, n = 7, 13, 20

pont = goldbach_elliptic_curve(p, q, n)

plot_goldbach_curve(pont)

3. használati eset: Racionális pontok előrejelzése

adat = [

    [3, 7, 10, 5],

    [7, 13, 20, 10],

    [11, 19, 30, 15]

]

new_curve = [13, 27, 40]

előrejelzés = predict_rational_points(adatok; new_curve)

print(f"Előrejelzett racionális pontok: {előrejelzés[0]:.2f}")

7.3.4 Generatív AI-kérések

"Interaktív modul fejlesztése a Goldbach partíciók dinamikus megjelenítéséhez

n

1

0

6

n≤10

6

 ."

"Írjon egy könyvtárfüggvényt a Goldbach-elliptikus görbék moduláris transzformációinak kiszámításához."

"Integrálja az AI-t a könyvtárba, hogy optimális paramétereket javasoljon a racionális pontok maximalizálásához."

Gyakorlatok olvasóknak

A könyvtár bővítése: Adjon hozzá egy függvényt a Goldbach-elliptikus görbék moduláris L-függvényeinek kiszámításához.

Interaktív irányítópult: Interaktív webes irányítópultot hozhat létre olyan könyvtárak használatával, mint a Streamlit vagy a Dash, hogy feltárja a Goldbachhoz kapcsolódó adatokat.

AI-alapú elemzések: Gépi tanulási modell betanítása a kódtár adataival a Goldbach-partíciók számának előrejelzéséhez nagy méretek esetén

n

n.

8. fejezet: A jövő irányai és a megválaszolandó kérdések

A Goldbach-sejtés, bár megtévesztően egyszerű kijelenteni, továbbra is olyan kihívásokat támaszt, amelyek az egész matematikában rezonálnak. Ez a fejezet a jövőbeli irányokat és nyitott kérdéseket vizsgálja, különös tekintettel a sejtés általánosításaira, az additív számelmélet megoldatlan problémáira és a számítási fejlesztések szerepére a kutatás következő lépéseinek alakításában. Ezek a területek termékeny talajt jelentenek a felfedezéshez, amelyet az elméleti betekintés és az élvonalbeli technológia kombinációja hajt.

 

8.1 Goldbach sejtésének általánosítása más beállításokra

Az eredeti Goldbach-sejtés a páros egész számok kifejezését két prím összegének tekinti. Természetes kiterjesztés annak érvényességének feltárása alternatív numerikus rendszerekben vagy általánosított keretekben.

 

8.1.1 Általánosítások páratlan számokra

A "gyenge Goldbach-sejtés" azt állítja, hogy minden 5-nél nagyobb páratlan szám kifejezhető három prím összegeként. Annak ellenére, hogy Helfgott (2013) bizonyította, továbbra is nyitott kérdések maradnak az ilyen ábrázolások eloszlásával kapcsolatban.

 

8.1.2 Goldbach kvadratikus és köbös mezőkben

Az algebrai számelméletben általánosíthatjuk Goldbach problémáját másodfokú és köbös mezőkre, keresve az elemek reprezentációját prímideálok összegeként.

 

Kódpélda: Prime ideálok generálása

 

A Sympy importból Isprime, Primerange

 

def prime_ideals_in_quadratic_field(határérték):

    prímek = lista(prímtartomány(2, határérték))

    Ideálok = [(p, p**2 + 1) p-re prímekben, ha Isprime(P**2 + 1)]

    Visszatérési ideálok

 

# Példa: Számítsa ki a limit prímideáljait = 50

prime_ideals = prime_ideals_in_quadratic_field [50]

print(f"Prímideálok másodfokú mezőkben: {prime_ideals}")

Generatív AI-kérések:

"Vizsgálja meg, hogy a Goldbach-sejtés hogyan terjedhet ki a másodfokú mezők prímideáljainak összegére."

"Heurisztika generálása páratlan Goldbach-partíciókhoz három prím használatával."

8.2 Nyitott problémák az additív számelméletben

Az additív számelmélet számos megoldatlan problémát tartalmaz, amelyek szorosan kapcsolódnak a Goldbach-sejtéshez.

 

8.2.1 Összegzések és sűrűség

Az összeghalmazok (egész számok két részhalmazából származó elemek hozzáadásával létrehozott halmazok) szerkezetének megértése betekintést nyújt az additív partíciókba. Az aritmetikai progressziókban a prímek sűrűségével kapcsolatos kérdések továbbra is központi szerepet töltenek be.

 

Példaprobléma: Adott prímrészhalmazok összegei Goldbach-szerű eredmények új bizonyítását eredményezhetik?

 

Példakód: Összeghalmazok megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def sumset_visualization(A, B):

    sumset = sorted(set(a + b for a for A for B for b in B))

    PLT.Szórás(SZUMHALMAZ; [1] * LEN(SZUMHALMAZ); szín="kék"; alfa=0,7)

    plt.title("Sumsets megjelenítése")

    plt.xlabel("Összeghalmaz elemei")

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

 

# Példa: A prímek két részhalmazának összege

A = [2, 3, 5]

B = [7, 11, 13]

sumset_visualization(A), (B)

Generatív AI-kérések:

"Fejlesszen ki egy összeghalmaz-alapú vizualizációt a prímek additív tulajdonságainak feltárására."

"Írjon algoritmusokat a Goldbach-partíciók tanulmányozására korlátozott prímrészhalmazok használatával."

8.2.2 A kételemű összegeken túl

Két elem összegén túllépve az additív számelmélet olyan összegeket vizsgál, amelyek magukban foglalják

k

prímek vagy összetett számok k-rekordjai.

 

Kérdés: "Vizsgálja meg azokat a feltételeket, amelyek mellett minden

n

n kifejezhető négy prím összegeként."

 

8.3 Hogyan alakíthatják a számítástechnikai fejlesztések a jövőbeli fejlődést?

8.3.1. Nagy teljesítményű számítástechnika és elosztott hálózatok

A modern számítási keretrendszerek, például az elosztott számítástechnika és a kvantumprocesszorok forradalmasították a matematikai bizonyításokat és az empirikus ellenőrzéseket. A Goldbach-sejtés számára ezek az eszközök lehetővé teszik:

 

Nagy egyenletes tartományok ellenőrzése

n

n az ellenpéldákhoz.

Moduláris aritmetika szimulálása példátlan skálákon.

Kódpélda: A Goldbach-sejtés párhuzamos ellenőrzése

 

from joblib import Párhuzamos, késleltetett

 

def verify_goldbach_for_even n) pont:

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    visszatérés bármely(n - p prímekben p prímekben)

 

# Párhuzamos számítás páros egész számokra 10^6-ig

eredmények = Párhuzamos(n_jobs=-1)(

    késleltetett(verify_goldbach_for_even)(n) n esetén (4, 10**6 + 1, 2)

)

print(f"Goldbach 10^6-ig ellenőrizve: {all(results)}")

8.3.2 AI-alapú felderítés

A generatív mesterséges intelligencia a következőkre használható:

 

Mintafelderítés: Új struktúrák azonosítása Goldbach-válaszfalakban.

Bizonyítási segítség: Javaslatok olyan megközelítésekre, amelyek a problémát egyszerűbb esetekre csökkentik.

Interaktív eszközök: Irányítópultok létrehozása moduláris űrlapok teszteléséhez vagy elliptikus görbék megjelenítéséhez.

Generatív AI-kérések:

"Javasoljon egy mesterséges intelligencia által vezérelt keretrendszert a Goldbach-elliptikus görbék moduláris átalakításainak finomítására."

"Fejlesszen ki egy elosztott algoritmust a Goldbach-sejtés tesztelésére

n

=

1

0

12

n=10

12

 ."

Gyakorlatok olvasóknak

Kvadratikus kiterjesztések: A megadott kód használatával prímideálokat hozhat létre és elemezhet másodfokú mezőkben.

Sumset Exploration: Kísérletezzen korlátozott prím-részhalmazok összeghalmazaival az additív tulajdonságok vizsgálatához.

Elosztott ellenőrzés: Párhuzamos ellenőrzés megvalósítása a Goldbach-sejtéshez olyan Python-kódtárak használatával, mint a Dask vagy a PySpark.

8.1 Goldbach sejtésének általánosítása más beállításokra

A Goldbach-sejtés (GC) klasszikus formájában azt állítja, hogy minden 2-nél nagyobb páros egész szám kifejezhető két prím összegeként. Ez az elegáns kijelentés az eredeti határain túlmutató felfedezésre hív, és általánosításokat inspirál páratlan számokra, prímhatványokra, algebrai struktúrákra és más matematikai rendszerekre. Ezek a kiterjesztések nemcsak elmélyítik a GC megértését, hanem új perspektívákat is kínálnak annak bizonyításához.

 

8.1.1 Páratlan számok: a gyenge Goldbach-sejtés

A "gyenge Goldbach-sejtés" azt állítja, hogy minden 5-nél nagyobb páratlan szám kifejezhető három prím összegeként. Bár ezt a feltételezést Harald Helfgott bizonyította 2013-ban, továbbra is kérdések merülnek fel az ilyen ábrázolások eloszlásával és sűrűségével kapcsolatban.

 

Példakód: Páratlan Goldbach-partíciók generálása

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def weak_goldbach_partitions(n):

    """Keresse meg az összes prímhármast (p, q, r) úgy, hogy p + q + r = n."""

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    return [

        (p, q, r) p-re prímekben q-ra prímekben r prímekben

        Ha p + q + r == n és p <= q <= r

    ]

 

# Példa: Partíciók keresése n = 27

n = 27

partíciók = weak_goldbach_partitions(n)

print(f"Gyenge Goldbach-partíciók {n}: {partíciók}")

Páratlan partíciók megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_odd_goldbach_partitions(határérték):

    darabszám = []

    n esetén a tartományban (7, limit + 1, 2): # 5-nél nagyobb páratlan számok

        counts.append(LEN(weak_goldbach_partitions(n)))

 

    plt.plot(range(7; limit + 1, 2); counts; label="Páratlan Goldbach-partíciók")

    plt.title("Páratlan Goldbach válaszfalak növekedése")

    plt.xlabel("Páratlan szám \( n \)")

    plt.ylabel("partíciók száma")

    plt.legend()

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

 

# Ábrázolás páratlan számokhoz 50-ig

plot_odd_goldbach_partitions(50)

8.1.2 Elsődleges erők: a lineáris kereteken túl

A GC kiterjesztése a prímek hatványaira természetes általánosítás. Itt azt vizsgáljuk, hogy minden egész szám

n

n kifejezhető két vagy több prímhatvány összegeként, például:

 

n

=

p

egy

+

q

b

,

hol

p

,

q

 prímek, és

egy

,

b

1.

n=p

egy

 +Q

b

 ,ahol p,q prímek, és a,b≥1.

Kódpélda: Prime Power Sums

def prime_power_sums(n):

    """Keresse meg a prímhatványpárokat (p^a, q^b) úgy, hogy p^a + q^b = n."""

    prímek = lista(prímtartomány(2, int(n**0,5) + 1))

    párok = []

    p esetén prímekben:

        q esetén prímekben:

            A tartományban(1, int(n**0.5) + 1):

                B esetén a tartományban(1, int(n**0,5) + 1):

                    Ha p**a + q**b == n:

                        pairs.append((p**a, q**b))

    visszatérő párok

 

# Példa: Keresse meg az n = 50 prímteljesítmény-összegeit

n = 50

power_sums = prime_power_sums(n)

print(f"Elsődleges hatványösszegek {n} esetén: {power_sums}")

8.1.3 Algebrai kiterjesztések: másodfokú és köbös mezők

Az algebrai számelméletben a prímbontás fogalma kiterjed a másodfokú és köbös mezőkre is. Goldbach sejtése átkeretezhető annak vizsgálatára, hogy e mezők elemei kifejezhetők-e prímideálok összegeiként.

 

Példa: másodfokú mezőábrázolások

Kvadratikus mezőhöz

Q

(

d

)

Q(

−d

 ):

 

Az elemek ábrázolásának tanulmányozása

x

+

y

d

x+y

−d

  mint az elsődleges eszményképek összegei.

Fedezze fel az ilyen ideálok sűrűségét és eloszlását.

Generatív AI-kérés:

"Vizsgálja meg a Goldbach-szerű sejtéseket másodfokú mezőkben és azok következményeit az osztályszámokra."

 

8.1.4 Magasabb dimenziós kiterjesztések

Goldbach sejtése általánosítható magasabb dimenziókra is, feltárva a prímelemek összegét többdimenziós rácsokban vagy sokaságokban.

 

Példa probléma: rácsos Goldbach-sejtés

Adott egy latex

L

R

n

LR

n

 , határozza meg, hogy minden pont

L

Λ két prímrácspont összegeként fejezhető ki.

 

Generatív AI-kérés:

"Szimulálja a Goldbach-sejtés rácsalapú kiterjesztését három dimenzióban."

 

A generatív AI Goldbach-általánosításokat kér

"Algoritmusok kifejlesztése a gyenge Goldbach-sejtés igazolására páratlan számokig

1

0

6

10

6

 ."

"Írjon kódot az elsődleges teljesítményösszegek felfedezéséhez

n

1000

n≤1000."

"Szimulálja a prímideálok eloszlását másodfokú mezőkben és szerepüket az additív reprezentációkban."

"Generáljon vizualizációkat, amelyek összehasonlítják a Goldbach-partíciókat lineáris és másodfokú keretekben."

Gyakorlatok olvasóknak

Páratlan Goldbach partíciók: A kód kiterjesztése a gyenge Goldbach-partíciók páratlan számok elemzésére

1

0

4

10

4

 .

Prime Power Analysis: Kísérletezzen különböző értékekkel

n

n a prímhatványösszegek tanulmányozásához.

Algebrai kiterjesztések: Használjon számítási eszközöket a másodfokú mezők elsődleges ideális bomlásainak feltárására.

8.2 Nyitott problémák az additív számelméletben

Az additív számelmélet olyan terület, amely gazdag megoldatlan problémákban, amelyek közül sok a Goldbach-sejtésből ered vagy ahhoz kapcsolódik. Ezek a problémák gyakran magukban foglalják annak megértését, hogy az egész számok hogyan fejezhetők ki prímek, hatványok vagy más speciális halmazok összegeként. Ebben a szakaszban számos nyitott kérdést, azok következményeit és a kezelésükre szolgáló számítási megközelítéseket vizsgáljuk meg.

 

8.2.1 Sumsets szerinti képviselet

Az additív számelmélet központi kérdése annak meghatározása, hogy mely egész számok tartoznak egy adott összeghalmazhoz

Egy

+

B

A+B, ahol

Egy

,

B

Z

A,B⊆Z. A prímek számára

P

P, ez leegyszerűsíti:

 

P

+

P

=

{

n

Z

:

n

=

p

+

q

,

p

,

q

P

}

.

P+P={nZ:n=p+q,p,q∈P}.

Nyitott probléma: a sumsets sűrűsége

Mi az aszimptotikus sűrűsége

P

+

P

P+P? Míg a Goldbach-sejtés azt sugallja, hogy minden páros egész szám szerepel, ennek a halmaznak a szerkezete és növekedése továbbra is feltáratlan.

 

Példakód: Sumset vizualizáció

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def sumset_visualization(határérték):

    prímek = lista(prímtartomány(2, határérték))

    sumset = {p + q for p in prímek q for q prímekben, ha p + q <= határérték}

    PLT.Szórás(SZUMHALMAZ; [1] * LEN(SZUMHALMAZ); szín="kék"; alfa=0,5)

    plt.title("A Sumset elemei \( \mathbb{P} + \mathbb{P} \)")

    plt.xlabel("n")

    plt.ylabel("Jelenlét a Sumsetben")

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

 

# Példa: Vizualizálja a sumset-et n = 100-ig

sumset_visualization(100)

8.2.2. Partíciós funkciók és additív tulajdonságok

Partíciós funkciók, például

g

(

n

)

g(n), amely megszámolja a

n

n, alapvető kérdéseket vet fel növekedésükkel és eloszlásukkal kapcsolatban.

 

Nyitott probléma: variancia

g

(

n

)

g(n)

A növekedés

g

(

n

)

g(n) páros

n

n vélhetően megközelítőleg arányos

n

/

napló

2

(

n

)

n/log

2

 (n). Ennek a növekedésnek a varianciája azonban különböző

n

n rosszul érthető.

 

Példakód:

g

(

n

)

g(n)

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def goldbach_partition_count n):

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    visszatérési összeg(1 p-re prímekben, ha n - p prímekben)

 

def analyze_growth(határérték):

    növekedés = []

    n esetén a tartományban (4, határérték + 1, 2):

        növekedés.hozzáfűzés((n, goldbach_partition_count(n)))

    Hozamnövekedés

 

# Elemezze a g(n) növekedését 100-ig

eredmények = analyze_growth(100)

n, g esetén az eredményekben[:10]:

    print(f"g({n}) = {g}")

8.2.3 Additív bázisok és Waring-probléma

Adalékanyag alapja

Egy

Z

AZ egy olyan halmaz, hogy minden egész szám felírható véges számú elem összegeként

Egy

A. Waring problémája például az egész számok reprezentációját kérdezi

k

k-adik hatvány.

 

Nyitott probléma: Minimális bázisok

Mi az adott megrendelés legkisebb additív alapja

h

h, amely az összes egész számot tartalmazza

n

n?

 

Generatív AI-kérések

"Szimulálja a partíciós funkciók növekedését

g

(

n

)

g(n) páros egész számokra

n

1

0

6

n≤10

6

 ."

"Minimális additív bázisok generálása és elemzése egész számokig

1

0

3

10

3

 ."

"Javasoljon egy heurisztikát az összeghalmazok sűrűségének tanulmányozására

Egy

+

B

A+B az additív számelméletben."

8.2.4 Prímhézagokkal kapcsolatos problémák

A prímhézagok, az egymást követő prímek közötti különbségek mélyen kapcsolódnak az additív problémákhoz. A prímhézagok szabálytalansága kihívást jelent az olyan megoszlási problémák számára, mint a Goldbach-sejtés.

 

Nyitott probléma: Goldbach Prime Gap elemzés

Hogyan befolyásolják a prímhézagok eloszlása a Goldbach-partíciók számát

g

(

n

)

g(n)?

 

Példakód: Prímhézag-eloszlás

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def prime_gaps(határérték):

    prímek = lista(prímtartomány(2, határérték))

    Hézagok = [prímek[i+1] - prímek[i] for i in range(len(primes) - 1)]

    Visszatérési hiányosságok

 

# Elemezze a réseket a prímek számára 100-ig

Hézagok = prime_gaps(100)

print(f"Elsődleges hézagok: {hézagok}")

A hiányosságok megjelenítése

def plot_prime_gaps(hézagok):

    plt.hist(hézagok; rekeszek=tartomány(1; max(hézagok) + 1), align='left'; alpha=0,7; color="zöld")

    plt.title("Prímhézagok hisztogramja")

    plt.xlabel("Hézag mérete")

    plt.ylabel("Gyakoriság")

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

 

# Plot rések a prímek 1000-ig

Hézagok = prime_gaps(1000)

plot_prime_gaps(hiányosságok)

Generatív AI-kérések

"Vizualizálja a prímhézagok és a Goldbach-válaszfalak közötti kapcsolatot."

"Írj egy programot a prímszabálytalanságok additív számelméletre gyakorolt hatásának tanulmányozására."

"Statisztikai modell kidolgozása az előrejelzéshez

g

(

n

)

g(n) prímeloszlások alapján."

Gyakorlatok olvasóknak

Összegek: Fedezze fel a

P

+

P

P+P prímszámig

1

0

6

10

6

 .

Partíció növekedése: Elemezze a varianciáját

g

(

n

)

g(n) páros

n

1000

n≤1000.

Prímhézagok: Vizsgálja meg a prímhézagok és a Goldbach-partíciók száma közötti korrelációt.

8.3 Hogyan alakíthatják a számítástechnikai fejlesztések a jövőbeli fejlődést?

A matematika és a számítástechnika kölcsönhatása átalakította a Goldbachéhoz hasonló sejtések tanulmányozásának módját. A modern számítási eszközök, az elosztott rendszerektől a kvantumszámítástechnikáig, példátlan képességeket biztosítanak a prímeloszlások feltárásához, a feltételezések tömeges teszteléséhez és új minták felfedezéséhez. Ez a rész ezeknek a technológiáknak a potenciálját és az additív számelmélet jövőbeli kutatásaira gyakorolt hatásukat vizsgálja.

 

8.3.1 Elosztott számítástechnika és ellenőrzés

Az elosztott számítástechnikai keretrendszerek, mint például a BOINC és a Folding@home, lehetővé teszik a kutatók számára, hogy kihasználják az összekapcsolt számítógépek ezreinek erejét. A Goldbach-sejtés esetében az elosztott rendszerek lehetővé teszik:

 

Ellenőrzés nagyobb léptékben: A sejtés tesztelése páros egész számokra

n

n legfeljebb

1

0

12

10

12

  vagy azon túl.

Párhuzamos prímpár-keresés: Hatékony számítás

g

(

n

)

g(n) nagy tartományok esetében.

Példakód: Párhuzamos ellenőrzés a Pythonnal

from joblib import Párhuzamos, késleltetett

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def verify_goldbach(n):

    """Ellenőrizzük Goldbach sejtését egy adott n páros számra."""

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    return any((n - p) prímekben p prímekben)

 

# Párhuzamos számítás páros számokhoz 10^6-ig

eredmények = Párhuzamos(n_jobs=-1)(

    késleltetett(verify_goldbach)(n) n esetén a (4, 10**6 + 1, 2) tartományban

)

ellenőrzött = mind(eredmények)

print(f"Goldbach-sejtés igazolva n esetén 10^6-ig: {ellenőrzött}")

8.3.2 A prímgeneráló algoritmusok fejlődése

Az olyan prímsziták, mint Eratoszthenész szitája, alapvetőek, de szélsőséges léptékben számítási szűk keresztmetszetekké válhatnak. Az algoritmustervezés innovációi a következők lehetnek:

 

Szegmentált sziták: Memóriahatékony módszerek prímek nagy időközönként történő előállítására.

Valószínűségi tesztelés: Gyorsabb, randomizált algoritmusok a prímek azonosítására.

Példa: Optimalizált prímszitálás

def segmented_sieve(határérték, segment_size=10**6):

    """Eratosthenes szegmentált szita prímek előállítására nagy határig."""

    prímek = []

    base_primes = lista(primerange(2; int(limit**0,5) + 1))

 

    alacsony tartomány esetén (2, határérték + 1, segment_size):

        magas = min(alacsony + segment_size - 1, határérték)

        szita = [Igaz] * (magas - alacsony + 1)

        p esetében base_primes-ben:

            start = max(p * p, alacsony + (p - alacsony % p) % p)

            többszörös tartományban (Start, Magas + 1, P):

                szita[többszörös - alacsony] = hamis

        primes.extend([i + alacsony az i esetében, is_prime a felsorolás(szitában), ha is_prime])

    visszatérési prímek

 

# Generáljon prímeket 10^8-ig

prímszám = segmented_sieve(10**8)

print(f"Prímek száma legfeljebb 10^8: {len(prímek)}")

8.3.3 Kvantum-számítástechnika a prímfaktorizáláshoz

A kvantumszámítógépek ígéretesnek bizonyultak olyan problémák megoldásában, mint a prímfaktorizáció és a diszkrét logaritmusok. Shor algoritmusa például forradalmasíthatja a prímanalízist azáltal, hogy lehetővé teszi:

 

A számok gyors bomlása prímtényezőkké.

Nagy prímhalmazokat tartalmazó sejtések hatékony tesztelése.

Generatív AI-kérés:

"Szimulálja Shor algoritmusának alkalmazását a Goldbach-partíciók prímtényezőinek azonosítására."

 

8.3.4 AI-vezérelt felfedezés és mintafelismerés

A mesterséges intelligencia, különösen a generatív modellek, feltárhatják a prímek és partíciók közötti kapcsolatokat, amelyek a hagyományos módszerekkel nem nyilvánvalóak. Az alkalmazások a következők:

 

Prediktív modellek: becslés

g

(

n

)

g(n) gépi tanulás használatával.

Mintafelfedezés: Rejtett struktúrák azonosítása moduláris aritmetikai vagy elliptikus görbékben.

AI-támogatott elsődleges partíció előrejelzése

from sklearn.linear_model import LinearRegression

Numpy importálása NP-ként

 

# Példaadatok: jellemzők (n), címkék g(n)

X = np.array([[10], [20], [30], [40]]) # Páros egész számok

y = np.array([2, 4, 6, 8]) # Partíciók száma (példaadatok)

 

# Lineáris regressziós modell betanítása

model = LinearRegression()

modell.fit(X; y)

 

# Goldbach partíciók előrejelzése n = 50 esetén

előrejelzés = modell.predict([[50]])

print(f"Előrejelzett Goldbach-partíciók n=50-re: {prediction[0]:.2f}")

8.3.5 Megjelenítés és felhasználói felületek

Az interaktív irányítópultok és vizualizációs eszközök demokratizálják a hozzáférést a Goldbachhoz kapcsolódó kutatásokhoz. A számítási eszközök felhasználóbarát felületekkel való integrálásával ezek a platformok:

 

Tesztelés engedélyezése a felhasználók számára

g

(

n

)

g(n) interaktívan.

Jelenítse meg a prímeloszlásokat és az elliptikus görbe dinamikáját.

Generatív AI-kérés:

"Tervezzen webalapú felületet a Goldbach-partíciók és moduláris transzformációk megjelenítéséhez."

 

Gyakorlatok olvasóknak

Elosztott rendszerek: Elosztott elsődleges szita megvalósítása a Python többprocesszoros vagy hasonló kódtárainak használatával.

Elsődleges vizualizáció: Interaktív diagramok létrehozása a prímhézagokról és azok hatásáról

g

(

n

)

g(n).

AI-modellek: Gépi tanulási modell betanítása előrejelzéshez

g

(

n

)

g(n) mint

n

1000

n≤1000 prímeloszlások alapján.

A függelék: Kulcsképletek és próbanyomatvázlatok

Ez a függelék a Goldbach-sejtéssel, annak általánosításaival és a kapcsolódó számelméleti elvekkel kapcsolatos lényeges képleteket, matematikai eredményeket és bizonyítási vázlatokat foglalja össze. Ezek az eszközök alapot nyújtanak a sejtés további feltárásához és számítási algoritmusok fejlesztéséhez.

 

A.1. Alapvető képletek

Goldbach partíciós funkció

A Goldbach partíciók száma

g

(

n

)

g(n) páros egész számra

n

n értékét a következő képlet adja meg:

 

g

(

n

)

=

1

2

p

n

X

(

n

p

)

,

g(n) =

2

1

 

p≤n

 χ(n−p),

hol

p

p prím,

X

(

x

)

χ(x) értéke 1, ha

x

x prím, egyébként 0.

 

Kód implementáció

def goldbach_partition_count n):

    A Sympy importálásából isPrime

    visszatérési összeg(1 p esetén a (2, n) tartományban, ha elsődleges(p) és elsődleges(n - p)) // 2

Prímek eloszlása (prímszámtétel)

A prímek száma kisebb vagy egyenlő

x

x értékét hozzávetőlegesen a következő képlet adja meg:

 

P

(

x

)

x

napló

x

.

π(x)

Logx

x

 .

Ez az eredmény alátámasztja a prímeloszlások aszimptotikáját és használatát a Goldbach-féle problémákban.

 

Generatív AI-kérés:

"Vizualizáld a divergenciáját

P

(

x

)

π(x) közelítéséből

x

/

napló

x

x/logx for

x

1

0

6

X≤10

6

 ."

 

A.2. Moduláris aritmetikai és elliptikus görbék

Goldbach válaszfalak moduláris ábrázolása

A Goldbach-sejtés modulo prímszámokkal fejezhető ki

p

p, amely betekintést nyújt a partíciós mintákba:

 

n

p

+

q

(

m

o

d

p

)

.

n≡p+q(modp).

Ez a moduláris kapcsolat segíti a partíciók vizsgálatát a maradékanyag-osztályokon keresztül.

 

Partíciók elliptikus görbeegyenletei

A Goldbach-elliptikus görbék definíciója:

 

y

2

=

x

(

x

p

)

(

x

q

)

,

y

2

 =x(x−p)(x−q),

hol

p

,

q

p,q prímek és

x

,

y

x,y racionális pontok.

 

Bizonyítási vázlat:

 

Az elliptikus görbék tulajdonságainak használatával megmutathatja, hogy a racionális pontok megfelelnek az érvényes Goldbach-partícióknak.

Bizonyítsa be, hogy minden pont kielégíti

x

+

y

2

=

n

x+y

2

 =n, megerősítve a bijekciót.

Példakód: Elliptikus görbe ábrázolása

def goldbach_elliptic_curve(p, q, n, határérték=50):

    """Számítsa ki a Goldbach-elliptikus görbe pontjait."""

    pont = []

    x esetén a tartományban (határérték):

        y2 = x * (x - p) * (x - q)

        ha y2 >= 0:

            pontok.append((x, y2))

    Visszatérési pontok

A.3. Analitikai eszközök

Kör módszer additív problémákra

A Hardy-Littlewood kör módszer hatékony analitikai eszköz az egész számok prímösszegként való ábrázolásának számának becslésére.

 

S

(

n

)

=

0

1

f

(

Egy

)

e

(

n

Egy

)

d

Egy

,

S(n)=∫

0

1

 f(α)e(−nα)dα,

hol

f

(

Egy

)

f(α) prímsűrűségeket kódol.

 

Generatív AI-kérés:

"Szimulálja a kör módszert a Goldbach partíciókra, és hasonlítsa össze előrejelzéseit a pontos eredményekkel

n

1

0

4

n≤10

4

 ."

 

A.4 Heurisztikus bizonyítások és numerikus kísérletek

Goldbach sejtésének heurisztikus igazolása

Használja a prímszámtételt a közelítő módszerhez

g

(

n

)

g(n).

Utánoz

g

(

n

)

g(n) nagy

n

n és hasonlítsa össze az empirikus adatokat az elméleti határokkal.

Numerikus szimulációk kódja

A Sympy Import Primerange alkalmazásból

 

def heuristic_goldbach(n):

    prímek = lista(prímtartomány(2, n))

    darabszám = 0

    p esetén prímekben:

        ha n - p prímekben:

            darabszám += 1

    visszatérési szám 2

 

# Ellenőrizze n 100-ig

eredmények = {n: heuristic_goldbach(n) for n in range(4, 101, 2)}

nyomtatás(eredmények)

A.5. Kiterjesztések más számrendszerekre

Elsődleges ideálok másodfokú mezőkben

Ban

Q

(

d

)

Q(

−d

 ), tanulmányozzuk az egész számok ábrázolását prímideálok összegeként:

 

n

=

p

+

q

,

n=p+q,

hol

p

,

q

p,q elsődleges ideálok.

 

A.6. Ellenőrző kérdések

Moduláris aritmetika: Bizonyítsuk be, hogy minden páros egész szám

n

n kifejezhető a következőképpen

n

p

+

q

m

o

d

p

n≡p+qmodp, ahol

p

,

q

p,q prímek.

Kör módszer: Közelítés származtatása

g

(

n

)

g(n) a Hardy–Littlewood-kör módszerrel.

Numerikus ellenőrzés: A megadott kód kiterjesztése a teszteléshez

g

(

n

)

g(n) mint

n

1

0

6

n≤10

6

 .

B függelék: Python, Mathematica és Wolfram nyelvi kódok mintája

Ez a függelék gyakorlati példákat tartalmaz a Python, Mathematica és Wolfram nyelvi kódokra a Goldbach-sejtés, az elliptikus görbék, a moduláris aritmetika és más számelméleti fogalmak feltárásához. Ezeket a részleteket kutatók és rajongók számára egyaránt tervezték, lehetővé téve a gyakorlati kísérletezést.

 

B.1 Python-kódminták

B.1.1. Eratoszthenész szitájával generált prímek

def sieve_of_eratosthenes(határérték):

    """Prímek generálása a megadott határértékig."""

    szita = [Igaz] * (határérték + 1)

    szit[0] = szitán[1] = hamis

    i esetén tartományban(2, int(határérték**0,5) + 1):

        ha szita[i]:

            J esetén tartományban(i * i, határérték + 1, i):

                szit[j] = hamis

    visszatérési érték [i for i in range(limit + 1), if sieve[i]]

 

# Példa: Generáljon prímeket 100-ig

prímszám = sieve_of_eratosthenes(100)

print(f"Prírok 100-ig: {prímek}")

B.1.2. A Goldbach-sejtés igazolása

def verify_goldbach(n):

    """Ellenőrizze Goldbach sejtését egy n páros számra."""

    biztosítási díjak = sieve_of_eratosthenes(n)

    return any((n - p) prímekben p prímekben)

 

# Ellenőrizze a Goldbach-sejtést páros számokra 100-ig

n esetén a (4, 101, 2) tartományban:

    állítsd verify_goldbach(n), f"Goldbach-sejtés nem sikerül {n}"

print("Goldbach-sejtés n 100-ig igazolva.")

B.1.3 Goldbach-válaszfalak elliptikus görbéjének ábrázolása

def goldbach_elliptic_curve(p, q, n, határérték=50):

    """Számítsa ki a Goldbach-elliptikus görbe pontjait y^2 = x(x - p)(x - q)."""

    pont = []

    x esetén a tartományban (határérték):

        y2 = x * (x - p) * (x - q)

        ha y2 >= 0:

            pontok.append((x, y2))

    Visszatérési pontok

 

# Példa: Pontok a Goldbach elliptikus görbén p=7, q=13, n=20 esetén

pont = goldbach_elliptic_curve(7, 13, 20)

print(f"Pontok a görbén: {pontok}")

B.1.4 Goldbach-válaszfalak megjelenítése

Matplotlib.pyplot importálása PLT-ként

 

def plot_goldbach_partitions(n, prímek):

    """Rajzolja meg a Goldbach-partíciókat egy adott n páros számra."""

    partíciók = [(p, n - p) p-re prímekben, ha n - p prímekben]

    x, y = zip(*partíciók)

    PLT.Szórás(x; y; szín="kék"; alfa=0,7)

    plt.title(f"Goldbach partíciók {n}-hez")

    PLT.xlabel("p")

    plt.ylabel("q")

    plt.grid(Igaz)

    plt.show()

 

# Példa: Ábrázolja a Goldbach partíciókat n=100-ra

prímszám = sieve_of_eratosthenes(100)

plot_goldbach_partitions(100, prím)

B.2. Mathematica-kódminták

B.2.1. Goldbach-ellenőrzés

VerifyGoldbach[n_] :=

 Modul[{prímek = Prime[Tartomány[PrimePi[n]]]},

  AnyTrue[prímek, PrimeQ[n - #] &]

 ]

 

(* Ellenőrizze a Goldbach-sejtést páros számokra 100-ig *)

Táblázat[VerifyGoldbach[n], {n, 4, 100, 2}]

B.2.2. Prímhézagok megjelenítése

primeGaps = különbségek[prím[tartomány[1, 100]]];

Hisztogram[primeGaps, BinCounts -> tartomány[1, Max[primeGaps] + 1],

 ColorFunction -> "DarkRainbow", ChartLegends -> Automatikus,

 ChartStyle -> "Pasztell "pasztell"]

B.2.3. Goldbach-elliptikus görbék ábrázolása

GoldbachCurvePlot[p_, q_] :=

 Plot3D[y^2 == x (x - p) (x - q), {x, -10, 10}, {y, -10, 10},

  PlotStyle -> ColorData[1]]

GoldbachCurvePlot[7, 13]

B.3. Wolfram nyelvi kódminták

B.3.1. Prím-generáció

díjak = Premium[Range[PrimePi[100]]]

B.3.2. Goldbach partíciók száma

GoldbachPartitionCount[n_] :=

 Length[Select[Prime[Range[PrimePi[n]]], PrimeQ[n - #] &]]

 

(* Számolja meg a partíciókat páros számokhoz 100-ig *)

Tábla[{n, GoldbachPartitionCount[n]}, {n, 4, 100, 2}]

B.3.3. Elliptikus görbepontok

Elliptikus pontok[p_, q_, n_, limit_] :=

 Modul[{x, y2, pontok = {}},

  Do[y2 = x (x - p) (x - q);

   Ha[y2 >= 0, AppendTo[pontok, {x, Sqrt[y2]}]], {x, 0, korlát}];

  pontok]

Elliptikus pontok[7, 13, 20, 50]

Generatív AI-kérések

"Generáljon Python kódot a Goldbach-sejtés teszteléséhez

n

1

0

6

n≤10

6

  párhuzamos feldolgozással."

"Készítsen Mathematica vizualizációt a prímsűrűségekről és a Goldbach-partíciókról."

"Wolfram nyelvi modul kifejlesztése a Goldbach-szal kapcsolatos problémák moduláris aritmetikai transzformációinak elemzésére."

"Írj kódot, hogy összehasonlítsd a

g

(

n

)

g(n) a Python, a Mathematica és a Wolfram nyelv különböző tartományaiban."

Gyakorlatok olvasóknak

Elsődleges vizualizáció: Módosítsa a Python-kódot a prímek sűrűségének ábrázolásához

1

0

6

10

6

 .

Goldbach-ellenőrzés: Használja a Mathematica kódot a sejtés tesztelésére nagyobb tartományokra.

Elliptikus görbék: Terjessze ki a Wolfram nyelvi kódot az adott elliptikus görbék racionális pontjainak kiszámításához.

C függelék: Az alapművek annotált bibliográfiája

Ez a jegyzetekkel ellátott bibliográfia áttekintést nyújt a Goldbach-sejtéssel, az additív számelmélettel, az elliptikus görbékkel és a számítási technikákkal kapcsolatos alapvető munkákról, kutatási cikkekről és referenciaanyagokról. Minden bejegyzés tartalmaz egy rövid leírást a munka hozzájárulásáról és relevanciájáról a könyvben tárgyalt témákban.

 

C.1. Történelmi és elméleti alapok

[1] Goldbach, C. (1742). Levél Eulernek.

Megjegyzés:

Goldbach eredeti levelezése Eulerrel, ahol a sejtést két formában javasolta. Ez az elsődleges forrás jelzi a matematika egyik leghíresebb megoldatlan problémájának kezdetét.

 

Relevancia: A sejtés történeti alapja és kezdeti megfogalmazása.

 

[2] Hardy, G. H. és Littlewood, J. E. (1923). A Partitio numerorum III néhány problémája: Egy szám prímösszegként való kifejezéséről. Acta Mathematica.

Megjegyzés:

Bemutatja a Hardy-Littlewood kör módszert, egy analitikus megközelítést, amely kulcsfontosságú az additív problémákhoz, például a Goldbach-sejtéshez.

 

Relevancia: A prímösszegek tanulmányozásához használt analitikai módszerek alapja.

 

Generatív AI-kérés:

"Foglalja össze a Hardy-Littlewood kör módszert és annak hatását a Goldbach-sejtésre."

 

[3] Vinogradov, I. M. (1937). Páratlan szám ábrázolása három prím összegeként. Doklady Akademii Nauk SSSR.

Megjegyzés:

Vinogradov bizonyítása a gyenge Goldbach-sejtésre kellően nagy számokra, jelentős mérföldkő az additív számelméletben.

 

Relevancia: Bemutatja, hogy az analitikai módszerek hogyan oldják meg a sejtés speciális eseteit.

 

C.2 Számítógépes tanulmányok és fejlesztések

[4] Helfgott, H. (2013). A hármas Goldbach-sejtés igaz.

Megjegyzés:

A gyenge Goldbach-sejtés bizonyítása modern számítási technikákkal és analitikai eszközökkel.

 

Relevancia: Az elméleti elemzések és a számítási érvényesítés kombinálásának terve.

 

Generatív AI-kérés:

"Magyarázza el Helfgott stratégiáját a gyenge Goldbach-sejtés bizonyítására, és javasoljon számítási fejlesztéseket hasonló problémákra."

 

[5] Oliveira e Silva, T. (1998–napjainkig). A Goldbach-sejtés igazolása.

Megjegyzés:

Számítási erőfeszítések sorozata, amelyek tesztelik a sejtést minden páros számra, egészen

4

×

1

0

18

4×10

18

 .

 

Relevancia: Kiemeli az elosztott számítástechnika fontosságát a matematikai sejtések ellenőrzésében.

 

Kódjavaslat:

Párhuzamos feldolgozás megvalósítása Oliveira e Silva számítási megközelítésének lemásolásához kisebb tartományokban.

 

C.3 Elliptikus görbék és számelmélet

[6] Silverman, J. H. (2009). Az elliptikus görbék aritmetikája. Springer.

Megjegyzés:

Az elliptikus görbék, tulajdonságaik és alkalmazásuk átfogó kezelése a számelméletben, beleértve a moduláris aritmetikát is.

 

Relevancia: Kulcsfontosságú forrás a Goldbach-sejtés elliptikus görbére való lefordításához.

 

[7] Wiles, A. (1995). Moduláris elliptikus görbék és Fermat utolsó tétele. A matematika évkönyvei.

Megjegyzés:

Wiles úttörő bizonyítása Fermat utolsó tételének, amely nagymértékben támaszkodik a moduláris formákra és az elliptikus görbékre.

 

Relevancia: Bemutatja az elliptikus görbe elemzés erejét a klasszikus problémák megoldásában.

 

Generatív AI-kérés:

"Fedezze fel a párhuzamokat Wiles elliptikus görbék és moduláris formák használata és azok lehetséges alkalmazása között a Goldbach-sejtésben."

 

C.4 A mesterséges intelligencia és a számítástechnika modern alkalmazásai

[8] Wolfram, S. (2020). Egy újfajta tudomány.

Megjegyzés:

Bemutatja a számítási kísérleteket, mint módszertant a matematika alapvető kérdéseinek feltárására.

 

Relevancia: Hangsúlyozza a számítási eszközök szerepét a hipotézisek létrehozásában és tesztelésében.

 

[9] Bengio, Y., LeCun, Y. és Hinton, G. (2021). Mély tanulás matematikai felfedezéshez. Természet.

Megjegyzés:

Azt tárgyalja, hogy az AI-modellek hogyan fedezhetik fel és ellenőrizhetik a matematikai sejtéseket.

 

Relevancia: Innovatív utakat javasol a számelméleti kutatások automatizálására.

 

Kódjavaslat:

Gépi tanulási modellek alkalmazása nagy méretű Goldbach-partíciók előrejelzéséhez

n

n.

 

C.5. Ellenőrző kérdések

Alapszövegek elemzése: Olvassa el Hardy és Littlewood 1923-as tanulmányát, és foglalja össze annak következményeit a Goldbach-sejtésre.

Ellenőrzés modern eszközökkel: Használja Oliveira e Silva módszereit a páros számok egyéni tartományának feltételezésének ellenőrzésére.

Elliptikus görbe szimuláció: Tanulmányozza Silverman példáit, és adaptálja őket prímpartíciók ábrázolására.

Index

Ez az átfogó tárgymutató felsorolja a könyvben szereplő legfontosabb kifejezéseket, témákat, képleteket, algoritmusokat és eszközöket, lehetővé téve az olvasók számára, hogy gyorsan megtalálják a releváns részeket. A kifejezések ábécé sorrendben vannak rendezve a könnyebb hivatkozás érdekében.

 

Egy

Additív számelmélet: 1.2, 8.2

Algoritmusok:

Elosztott számítástechnika: 8.3.1

Prímgeneráló függvények: 5.1

Racionális pontfelismerés: 5.2

Annotált bibliográfia: C. függelék

Aszimptotikus elemzés:

Goldbach válaszfalak: 4.3

Moduláris aritmetika: 4.1

B

Bibliográfia: Annotált hivatkozások, C. függelék

Bináris Goldbach-sejtés: 1.1, 1.3

BOINC (elosztott számítástechnika): 8.3.1

C

Kör módszer (Hardy-Littlewood): 8.2.3

Számítógépes ellenőrzés: 1.3., 8.3.1.

Kriptográfia: Kapcsolatok prímpartíciókkal, 6.1

Görbék:

Elliptikus: 2., 3., 4. fejezet

Példa egyenletekre: 3.3

D

Elosztott számítástechnika: 8.3.1

Prímek sűrűsége: 1.2, 8.2

E

Empirikus ellenőrzés: 1.3

Elliptikus görbék:

Definíció és tulajdonságok: 2.1

Moduláris formák: 2.2

Goldbach reprezentációk: 3.1

Gyakorlatok: fejezeteken és függelékeken keresztül

F

Fermat utolsó tétele: Kapcsolódó művek, 6.1

Képletek: Goldbach-féle kulcskifejezések, A függelék

G

Generatív AI:

AI promptok: 7.1

AI elliptikus görbékhez: 7.2

Interaktív kutatás: 7.3

Goldbach-sejtés:

Történelmi eredet: 1.1

Elméleti jelentőség: 1.2

Elliptikus görbe megközelítés: 3. fejezet

A partíciók növekedése

g

(

n

)

g(n): 4.3., 8.2.2.

H

Hardy-Littlewood kör módszer: 8.2.3

Heurisztikus bizonyítások: 8.2.3

Én

Tárgymutató: Függelék

Interaktív irányítópultok: 8.3.5

L

Lineáris regresszió: Goldbach-partíciók előrejelzése, 8.3.4

L-függvények: Szerep a moduláris aritmetikában, 6.3

M

Machine Learning: AI-alapú partíció-előrejelzés, 8.3.4

Moduláris aritmetika: 4.1, 6.3

Moduláris formák: 6.3

N

Numerikus szimulációk: 8.2.3

O

Nyitott problémák: 8.2

P

Partíciók:

Meghatározás és növekedési elemzés: 8.2

Elliptikus görbe transzformációk: 3.1

Prímgeneráló függvények: 5.1

Prímszámtétel: 1.2

Q

Kvadratikus mezők: A Goldbach-sejtés kiterjesztései, A függelék

R

Racionális pontok: 2.2, 3.2, 4.2

Riemann-hipotézis: Következmények a Goldbach-sejtésre, 6.1

S

Sziták:

Algoritmusok a prímgeneráláshoz: 5.1

Optimalizálások: 8.3.2

Összeghalmazok: sűrűség és elemzés, 8.2.1

T

Ikerprím-sejtés: 6.2

U

Felhasználói felületek: Goldbach partíciók megjelenítése, 8.3.5

V

Vinogradov-tétel: Gyenge Goldbach-sejtés, 8.2.3

Vizualizációs eszközök: a 8. fejezetben

W

Gyenge Goldbach-sejtés: Kapcsolat erős formákkal, 8.2

Wolfram nyelve:

Moduláris aritmetikai példák: B. függelék

Partícióelemzés: B függelék

Generatív AI-kérések egyéni kutatáshoz

"Tervezzen egy elsődleges résvizualizációs eszközt Python vagy Mathematica segítségével."

"Mesterséges intelligencia által vezérelt bizonyítások generálása általánosított Goldbach-sejtésekhez."

"Interaktív eszközök fejlesztése a moduláris aritmetikai kapcsolatok feltárására az additív számelméletben."

"Szimulálja a partíciós funkciók növekedését

g

(

n

)

g(n) gépi tanulás használatával."

 

 

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése