Δέκατο τρίτο πρόβλημα του Χίλμπερτ

Το δέκατο τρίτο πρόβλημα του Χίλμπερτ είναι ένα από τα 23 προβλήματα του Χίλμπερτ που παρατίθενται στο διάσημο κατάλογο που συνέταξε το 1900 ο Ντέιβιντ Χίλμπερτ. Περιλαμβάνει την απόδειξη της ύπαρξης λύσης για όλες τις εξισώσεις 7ου βαθμού χρησιμοποιώντας αλγεβρικές (παραλλαγή: συνεχείς) συναρτήσεις δύο ορίων. Παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στο πλαίσιο της νομογραφίας, και συγκεκριμένα της «νομογραφικής κατασκευής» - μιας διαδικασίας με την οποία μια συνάρτηση πολλών μεταβλητών κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας συναρτήσεις δύο μεταβλητών. Η παραλλαγή για τις συνεχείς συναρτήσεις επιλύθηκε καταφατικά το 1957 από τον Βλαντίμιρ Άρνολντ, όταν απέδειξε το  θεωρία αναπαραστάσεων Κολμογκόροφ-Άρνολντ, αλλά η παραλλαγή για τις αλγεβρικές συναρτήσεις παραμένει άλυτη.

 Εισαγωγή

Χρησιμοποιώντας τις μεθόδους που πρωτοστάτησαν οι Βάλτερ φον Τσίρνχαους (1683), Έρλαντ Σάμιουελ Μπρινγκ (1786) και Τζορτζ Τζέραρντ (1834), Γουίλιαμ Ρόουαν Χάμιλτον έδειξε το 1836 ότι κάθε εξίσωση έβδομου βαθμού μπορεί να αναχθεί μέσω ριζών στη μορφή. 

Όσον αφορά την εξίσωση αυτή, ο Χίλμπερτ αναρωτήθηκε αν η λύση της, x, που θεωρείται συνάρτηση των τριών μεταβλητών a, b και c, μπορεί να εκφραστεί ως σύνθεση πεπερασμένου αριθμού συναρτήσεων δύο μεταβλητών.

Ο Βλαντιμίρ Άρνολντ διέψευσε αυτή την εικασία το 1957 (σε ηλικία 19 ετών) με βάση το έργο του δασκάλου του Αντρέι Κολμογκόροφ, αποδεικνύοντας γενικότερα ότι όλες οι συνεχείς συναρτήσεις μπορούν να εκφραστούν με σύνθεση από έναν πεπερασμένο αριθμό συνεχών συναρτήσεων δύο μεταβλητών. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχουν n(2n + 1) καθολικές (global) συνεχείς συναρτήσεις Φij (από [0, 1] σε [0, 1]) τέτοιες ώστε για κάθε συνεχή συνάρτηση f :[0, 1]n → [0, 1], να υπάρχουν 2n + 1 συνεχείς συναρτήσεις gj :[0, 1] → [0, 1] τέτοιες ώστε

Ένα χρόνο νωρίτερα, ο Κολμογκόροφ έδειξε ότι οι συναρτήσεις 3 μεταβλητών ήταν επαρκείς, οπότε ο Άρνολντ βελτίωσε αυτό το 3 σε 2. Ο Άρνολντ μελέτησε επίσης το ανάλογο ερώτημα για τις αλγεβρικές συναρτήσεις, σε συνεργασία με τον Γκόρο Σιμούρα(en) V. I. Arnold et G. Shimura, « Superposition of algebraic functions », dans Felix E. Browder, Mathematical Developments Arising from Hilbert Problems, AMS, coll. « Proc. Symp. Pure Math. » (no 28), 1976 (ISBN 978-0-821-81428-4), p. 45-46..

Ιστορία

Ο Χίλμπερτ αρχικά έθεσε το πρόβλημά του για τις αλγεβρικές συναρτήσεις (Hilbert 1927, «...Existenz von algebraischen Funktionen...», δηλαδή «...ύπαρξη αλγεβρικών συναρτήσεων...», βλέπε επίσης Αμπιάνκαρ 1997, Βίτουσκιν 2004). Ωστόσο, ο Χίλμπερτ ρώτησε επίσης σε μια μεταγενέστερη εκδοχή αυτού του προβλήματος αν υπάρχει λύση στην κλάση των συνεχών συναρτήσεων.

Μια γενίκευση της δεύτερης («συνεχούς») παραλλαγής του προβλήματος είναι το εξής ερώτημα: Μήπως κάθε συνεχής συνάρτηση τριών μεταβλητών μπορεί να εκφραστεί ως σύνθεση πεπερασμένου αριθμού συνεχών συναρτήσεων δύο μεταβλητών; Η καταφατική απάντηση σε αυτό το γενικό ερώτημα δόθηκε το 1957 από τον Βλαντιμίρ Άρνολντ, τότε μόλις δεκαεννέα ετών και φοιτητή του Αντρέι Κολμογκόροφ όπως είδαμε παραπάνω. Ο Κολμογκόροφ είχε δείξει το προηγούμενο έτος ότι οποιαδήποτε συνάρτηση πολλών μεταβλητών μπορεί να κατασκευαστεί με πεπερασμένο αριθμό συναρτήσεων τριών μεταβλητών. Στη συνέχεια ο Άρνολντ επέκτεινε την εργασία αυτή για να δείξει ότι στην πραγματικότητα απαιτούνται μόνο συναρτήσεις δύο μεταβλητών, απαντώντας έτσι στο ερώτημα του Χίλμπερτ όταν τέθηκε για την κατηγορία των συνεχών συναρτήσεων.

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
English - Greek Dictionary of Pure and Applied Mathematics Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Αγγλοελληνικό Λεξικό Μαθηματικής Ορολογίας - Πανεπιστήμιο Κύπρου
 Ευκλείδεια Γεωμετρία - Πανελλήνιο Σχολικό Δίκτυο
 Θεωρία ομάδων και Λι αλγεβρών -Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών
Proof of Dehn's Theorem at Everything2

Dehn Invariant at Everything2
 Ντέιβιντ Χίλμπερτ, Μαθηματικά προβλήματα, 6ο πρόβλημα, σε αγγλική μετάφραση.

 Δείτε επίσης 
 Μερική διαφορική εξίσωση
 Καρλ Φρίντριχ Γκάους
 Προβολικός χώρος
 Δυναμικός προγραμματισμός
 Μαθηματική ανάλυση
 Αλγεβρική γεωμετρία
 Μερική διαφορική εξίσωση
 Δευτεροβάθμια εξίσωση 
 Χώρος Χίλμπερτ
 Ντάβιντ Χίλμπερτ
 Ευκλείδειος χώρος
 Θεωρία αριθμών
 Ισοσκελές τρίγωνο

 Βιβλιογραφία











 Παραπομπές 

 Shreeram Shankar Abhyankar, " Hilbert's Thirteenth Problem", Algèbre non commutative, groupes quantiques et invariants (Reims, 1995), 1–11, Sémin. Congr., 2, Soc. Math. France, Paris, 1997. 
 V. I. Arnold and Goro Shimura, Superposition of algebraic functions (1976), in Mathematical Developments Arising From Hilbert Problems, Volume 1, Proceedings of Symposia in Pure Mathematics 28 (1976), pp. 45–46.





 Πηγές 





Κατηγορία:Αλγεβρική γεωμετρία
Κατηγορία:Αφηρημένη άλγεβρα
Κατηγορία:Πολυώνυμα
Κατηγορία:Προβλήματα του Χίλμπερτ
Κατηγορία:Ιστορία των Μαθηματικών
Κατηγορία:Άλυτα προβλήματα στα μαθηματικά
Κατηγορία:Ευκλείδεια επιπεδομετρία