刘路,中南大学数学系大三学生,去年8月在学校图书馆自学反推数学,看到西塔-潘猜想。10月的一天,刘路突然想到过去的一个方法,修改一下便可证明该结论,连夜将自己的证明写出来,投给了国际数理逻辑杂志《符号逻辑杂志》,署名刘嘉忆---他自己说,叫“刘路”的重名太多,而且好多是女性,我更喜欢“嘉忆”这个名,希望给自己和别人带来很多美好的回忆。
稿件投出后,《符号逻辑杂志》主编、芝加哥大学数学系逻辑学教授邓尼斯·汉斯杰弗德写信给刘:“过去多少人研究该问题无果,我也是其中之一,现在你给出如此漂亮的证明,请接受我对你的祝贺!”。论文审稿人、芝加哥大学博士达米尔·扎法洛夫认为,这是一个重要的结果,对反推数学和计算性理论的研究有帮助。
2011年5月,由北大、南大和浙江师大联合举办的逻辑学术会议在浙江师大举行,大三学生刘嘉忆应邀参加会议作报告:关于反推数学中Ramsey染色定理的证明论强度的研究,对西塔潘猜想给出了一个否定的答案。
“中南大学出了个刘嘉忆”,在中国数学界数理逻辑领域备受关注。到了2011年7月初,中南大学的博导侯振挺(曾经在我们那个年代火过。咋搞的,现在还不是院士),才从同行那听说本校有个“刘嘉艺”,并主动给他发邮件,才知道他就是2008级应用数学专业大三学生刘路。侯博导返校后,立即与刘见面,并收他做学生,希望他可以早点读研。为此,给院士丁夏畦、李邦河、林群去电话发电邮,希望能联合推荐给教育部,给予优先处理。
今年9月16日,芝加哥大学数理逻辑学术会议上,12位专家作了40分钟的专题报告,刘路是其中之一。
自己发现的“难题”
新京报:你是什么时候开始研究“西塔潘猜想”的?
刘路:是在去年8月,我自学反推数学的时候,第一次接触到这个问题。我注意到大量文献里提到,不少学者正在进行“Ramsey染色定理”的证明论强度的研究。
新京报:用了多久证明这个“猜想”?
刘路:其实只用了一个晚上,接触这个问题不久,我突然想到利用之前用到的一个方法,稍作修改便可以证明这一结论,连夜将这一证明写出来,投给了《符号逻辑杂志》。
新京报:解出答案后、是什么样的心态?
刘路:证明这一结论时,心脏都快蹦到嗓子眼了,按捺不住内心的激动和兴奋。
一辈子的爱好
新京报:你的“数学天赋”是遗传吗?
刘路:谈不上天赋。我只是非常喜欢,每天花很多时间学习数学。我是大连人,父亲在一家国有企业后勤部门工作,母亲是企业的工程师。家里没人研究数学,我没数学方面的遗传基因和教育,上小学时,也对数学没有特别兴趣。初中时,一些同学在为数学教科书上的习题抓耳挠腮,我已开始自学数论。数论是研究整数性质的一门理论。对其他同学来说,看这些理论像是在看“天书”,但我很喜欢。
新京报:除了数学外,你平时有什么兴趣爱好呢?
刘路:兴趣爱好有很多,喜欢体育运动,游泳、下棋、乒乓球、羽毛球,还喜欢看电影。
40岁的计划
新京报:很多人觉得,数学是一门枯燥的学科,陈景润当时就被称为“痴人”和“怪人”,你性格孤僻吗?
刘路:我比较内向,朋友少。我的自我评价是“比较友好”。一般别人找我帮忙,不太善于拒绝。但别人说我比较冷漠。
新京报:除了数学,你还喜欢哪些学科?
刘路:物理。但是物理需要做大量的实验,需要成本,对一个学生来说还没那么多资金。我也喜欢心理学,曾设计了一组关于认知的心理实验。等到我40岁以后再来做,40岁以前要攻数学。我很喜欢数理逻辑,数学是一辈子的爱好。
数学院士李邦河、丁夏畦表示,尽管与著名的“哥德巴赫猜想”相比,“西塔潘猜想”的分量并不突出。但一名大学生能够破解国际数学猜想,已是一件很了不起的事。培养学生提问题的能力,要比“奥数”更实在。
西塔潘猜想
又被称为“Ramey染色定理”。1973年,英国数理学家西塔-潘提出了一个猜想:在组合数学里,找一堆人的Ramsey数太难了,难于上青天,但可以说,Ramsey数是随着人数的多寡而线性变化。所谓的Ramsey数,就是 ---- 对一群人,要找到这样一个最小的数n,使得n个人中必定有K人相识或L个人互不相识。
Frank Ramsey,1930年在论文《On a Problem in Formal Logic》证明了R(3,3)=6。同时他用两种图论语言给出Ramsey数定义:
定义1:对于所有的N顶图,包含K个顶的团或L个顶的独立集。具有这样性质的最小自然数N就称为一个Ramsey数,记作R(K,L);
定义2:(在着色理论中是这样描述的:)对于完全图Kn的任意一个2边着色(e1,e2),使得Kn[e1]中含有一个k阶子完全图,Kn[e2]含有一个L阶子完全图,则称满足这个条件的最小的n为一个Ramsey数。(注意:Ki按照图论的记法表示i阶完全图)
Ramsey证明,对与给定的正整数数k及L,R(k,L)的答案是唯一和有限的。
Ramsey数亦可推广到多于两个数:对于完全图Kn的每条边都任意涂上r种颜色之一,分别记为e1,e2,e3,...,er,在Kn中,必定有个颜色为e1的L1阶子完全图,或有个颜色为e2的L2阶子完全图……或有个颜色为er的Lr阶子完全图,符合条件又最少的数n则记为R(L1, L2, L3, ..., Lr; r)。Ramsey数的数值或具上下界/在一定的范围内。
已知的Ramsey数少之又少。保罗·艾狄胥曾以一个故事来描述寻找Ramsey数的难度:“想像有队外星人在地球降落,要求取得R(5,5)值,否则会毁灭地球。此时我们可以集中所有的电脑和数学家尝试找出这个值。但是,倘若它们要求的是R(6,6)的值,那我们只能尝试如何毁灭这班外星人,因为我们根本没办法搞出R(6,6)的值。”
显然公式是: R(1,s)=1, R(2,s)=s, R(l1,l2,l3,...,lr;r)=R(l2,l1,l3,...,lr;r)=R(l3,l1,l2,...,lr;r)(将li的顺序改变并不改变拉姆齐的数值)。 r,s 3 4 5 6 7 8 9 103 6 9 14 18 23 28 36 40 – 434 9 18 25 35 – 41 49 – 61 56 – 84 73 – 115 92 – 1495 14 25 43 – 49 58 – 87 80 – 143 101 – 216 125 – 316 143 – 4426 18 35 – 41 58 – 87 102 – 165 113 – 298 127 – 495 169 – 780 179 – 11717 23 49 – 61 80 – 143 113 – 298 205 – 540 216 – 1031 233 – 1713 289 – 28268 28 56 – 84 101 – 216 127 – 495 216 – 1031 282 – 1870 317 – 3583 317 – 60909 36 73 – 115 125 – 316 169 – 780 233 – 1713 317 – 3583 565 – 6588 580 – 1267710 40 – 43 92 – 149 143 – 442 179 – 1171 289 – 2826 317 – 6090 580 – 12677 798 – 23556 有R(3,3,3)=17
关于R(3,3)=6的证明:
证明:在一个K6的完全图内,每边涂上红或蓝色,必然有一个红色的三角形或蓝色的三角形。任意选取一个端点P,它有5条边和其他端点相连。根据鸽巢原理,3条边的颜色至少有两条相同,不失一般性设这种颜色是红色。在这3条边除了P以外的3个端点,它们互相连结的边有3条。若这3条边中任何一条是红色,这条边的两个端点和P相连的2边便组成一个红色三角形。若这3条边中任何一条都不是红色,它们必然是蓝色,因此,它们组成了一个蓝色三角形。而在K5内,不一定有一个红色的三角形或蓝色的三角形。每个端点和毗邻的两个端点的线是红色,和其余两个端点的连线是蓝色即可。这个定理的通俗版本就是友谊定理。
到底刘天才是如何解释这西塔-潘猜想不成立的,就要等他的论文发表/或听过他报告的人介绍了。