陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研究蓝图都建好了

陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研究蓝图都建好了

借助 Lean,陶哲轩又开端了新的项目。

「由 Alex Kontorovich 和我领导的一个新的 Lean 形式化项目刚刚正式宣布,该项目旨在形式化素数定理(prime number theorem,PNT)的证明,以及随同而来的复分析和解析数论的支撑机制,并方案给出进一步的结果如 Chebotarev 密度定理。」著名数学家陶哲轩在个人博客中写道。

陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研讨蓝图都建好了

素数定理是数学中的一个重要定理,描绘了素数在自然数中的散布规律,该定理在数论中是一个比较重要的研讨方向。

形式化证明本质上是一种计算机程序,但与 C++ 或 Python 中的传统程序不同,证明的正确性能够用证明助手(比如 Lean 言语)来验证。举例来说,陶哲轩在论文《A MACLAURIN TYPE INEOUALITY》中给出的证明只有不到一页,但形式化证明使用了 200 行 Lean 言语。

陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研讨蓝图都建好了

而陶哲轩的协作者 Alex Kontorovich 也是一位非常著名的数学家,现为罗格斯大学数学系特聘教授,主要研讨方向是数论。

陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研讨蓝图都建好了

目前,这两位数学家协作的 Lean 形式化项目「PrimeNumberTheoremAnd」已经上传到 GitHub 上。

陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研讨蓝图都建好了

项目地址:github.com/AlexKontoro…

由于该项目刚树立不久,陶哲轩以及 Alex Kontorovich 还为此构建了一幅蓝图:

陶哲轩上新项目:Lean中证明素数定理,研讨蓝图都建好了

蓝图地址:alexkontorovich.github.io/PrimeNumber…

能够看出该蓝图包括 5 个部分:

榜首部分介绍了项目的首要方针是在 Lean 中证明素数定理。他们表示该问题仍然是 Wiedijk 列出的需求形式化的 100 个定理中突出的问题之一。值得注意的是,PNT 之前已被形式化过,由 Avigad 等人在 Isabelle 中完结。而该项目的方针是将这项作业扩展到级数中的素数(Dirichlet 定理)、Chebotarev 密度定理等等。

目前,完结上述方针能够考虑下面三种办法:

最快的是 Michael Stoll 提出的「欧拉积」项目,该项目对 PNT 的证明只缺少 Wiener-Ikehara Tauberian 定理(对应第二部分)。

第二种是开发一些复分析,包括residue calculus on rectangles、argument principle和 Mellin 变换,然后得出一个仅包括渐近公式的素数定理(PNT)的证明(对应第三部分)。

第三种办法,也是三种办法中最通用的一种,包括阿达马因子分解定理、Hoffstein-Lockhart 等进程(对应第四部分)。

最终一部分是根本推论。

其实回顾陶哲轩以往的研讨,他都屡次都提到过 Lean。简略来讲,Lean 是一种可协助数学家验证定理的编程言语,用户能够在其间编写和验证证明。相比初代 Lean,现在最新的 Lean 4 版别进行了多项优化,包括更快的编译器、改善的错误处理和更好的与外部东西集成的才能等。现在,陶哲轩他们又将该东西用于素数定理的形式化证明,可见 Lean 已成为数学研讨中的得力助手。