数学底层引擎相邻论和重合法
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3.7.几何数论角度,拓扑不变的思想证明拉伸位移不扩域

除了算术法相邻论、代数法相邻论外,还有几何法相邻论,任意线段有且只有两个端点,故在一维空间上长短区分线条的符号两类足够(前文已证),甚而两条足够(下文证明)。线条有效延伸与可区分是等价的,判定延伸的依据是不同于原来,即可长短区分,若没有两类区分,便只有混沌。这可反证出不等量关系比等量关系更本质,尽管后继数都是加一个等量的1构成,但1的位置不同,故严格意义上自然数相邻差值并不相同,而是取近似相同。

通过边线与边线之间的顶点相邻关系,根据乘法交换律:给定线段用n条2个素数区分,跟用2条n个素数区分,两者都能唯一确定对象。其中2条n个素数可合并或不可合并为2条1对素数,组合关系可穷分类为四种命题,现判定它们的真假性,其中必有一真,因为根据算术基本定理,任何偶数皆可分割成素数相连:

(1)p1+p2=2n, p+∑pi=2n,其中三元互素,n>3, p2=∑pi, p=p1

(素数二项式线条与素数多项式线条同构)

(2)p1+p22n, p+∑pi=2n,其中三元互素,n>3, p2∑pi, p=p1

(素数二项式线条与素数多项式线条同态)

(3)p1+p22n, p+∑pi=2n,其中三元互素,n>3, p2∑pi, pp1

(素数二项式线条与素数多项式线条分别与所有偶数同态)

(4)p1+p22n, p+∑pi=2n,其中三元互素,n>3, p2=∑pi, pp1

(素数二项式线条与素数多项式线条同态)

从以上四类组合可分析出,(2)式和(4)式中的素数二项式与素数多项式根据定义是偶数互补集,由于素数二项式是可表偶数,非空集,那么素数多项式就成了全集偶数的子集,这与素数多项式可表所有偶数矛盾。

故(2)式和(4)式是假命题。

(3)式由于素数二项式与素数多项式的素余子都分别每次互异,且累积的定义域也互异,因为不可表达同一偶数,故只能在有限或有界素数域表达偶数,如此素数二项式就不能表达可表偶数的后继偶数,会小于后继偶数;素数多项式也不能表达可表偶数的后继偶数,因为可表偶数的后继偶数会新增素数因子,素数多项式的素余子会相应无穷无漏产生新增素数,这与素数多项式的素余子有限或有界矛盾,会无法等值构造后继偶数。如此素数二项式与多项式都不能表达的偶数,这就与蕴含素数二项式的素数多项式可表所有偶数矛盾。

故(3)式也是假命题。

于是(1)式是正确的,哥猜得证。

再看更几何化的证明。偶数类线条2条可区分与2n条可区分,以及映射等价的判定,也可用欧几里得的几何公理完成证明。一维线条,任何一节线段,有且只有两个端点,因此能和线段衔接的就只有两处。

一维空间的连线必须做到不同类相邻,因为同类相邻即合数,合数的叠加就是同类相邻完成的,区别于多维空间,一维空间的连线必须是不同类相邻,即互素相邻,故绝没有相同数或合数相连,比如说不能用很多相同的1区分,相同的1之所以能完成区分,是因为每个1距离起点的距离不同,虽然不同的1乘积一样,但它们的单位不同,每个1的基数虽然相等,可它们作为位置上序数是没有一个相同的,这就是“君子和不同”的道理。如果相同则混沌不可比较,逻辑关系崩溃。

我们也把2条区分叫作2n条区分的最优化组合。华罗庚的优选法优选法是以数学原理为指导,合理安排试验,以尽可能少的试验次数尽快找到生产和科学实验中最优方案的科学方法,即最优化方法。优选法的应用在中国从20世纪70年代初开始,首先由数学家华罗庚等推广并获得大量应用,优选法也叫最优化方法。原理要追本溯源就来于此。相邻论的一个重要公式是:

fn)=2n

一维空间的最优化相邻组合元素是2,求二维空间的最优化不同类相邻组合元素,可将维数变量2代入相邻论公式,可得:

fn)=2n

f(2)=2n=4

故4就是平面的最优化组合元素,这就是为什么区分地图四色足够的内在原因,由此四色猜想也就得到了证明。另文将细化这一证明。以下直观理解下哥猜的几何化证明。

“可表偶数与非可表偶数之并集同全体偶数格网线条”等价定理:2n个奇素数可区分的n维线条以及不可区分的n维线条,定含大于6的所有偶数格网线条。

证明:任意给定n维空间,连接成一条对称格网线条2k时,都可用2n个不同的两奇素数对称格网线条区分。此区分又叫可表偶数区分(即“n维空间最优化区分数”定理,后文将证明这一定理。在这里先假设,只是完成了局部区分,还有例外偶数的区分。)

在偶数8的基础上后继每添加一条对称格网可表线条,都可用两素数区分,根据皮亚诺公理,n条不同的对称格网线条,连接成n条对称格网线条分别为2k时,也就都可以用两素数区分。而2n个素数连和可以表达大于6的n维空间中的所有对称格网线条2k,可见大于6的所有偶数无论是用可表偶数区分,还是非可表偶数区分,都是可用偶数个素数区分的。即一对的可表偶数和n对的非可表偶数之并集等于大于6的全体偶数。费马螺线模型直观描述了这一判定。

素数因子封闭定理:2个奇素数可区分的一维连接的线条,定含所有的奇素数因子,线条解集存在所有的几何部件。仅能首尾一维连接的空间叫几何部件,几何部件等价素数,几何部件非一维连接等价合数,合数属于几何结构。

证明:根据互素关系,在p+3=m中,已知线条p为所有素数,线条m必为一条不含3因子而含其他因子的偶合数;

将3换成5,在p+5=m中,已知线条p为所有素数,线条m必为一条不含5因子而含其他因子的偶合数。

p+q=m中,已知线条pq为所有奇素数,线条m必为不含q因子而含其他因子的偶合数,由于每次不含的素数都可以在其他组合中获取,故m是含所有奇素数因子的偶合数。m若缺位奇素数因子r,那么m必不含2nr,2nr-3就一定是合数。

若是素数,2nr就是可表偶数了,p就不能包括所有素数了;

若是合数,就一定不含素数r或3或p,否则矛盾。

p可以是r以外的任意素数,由于2nr-p累积每次皆不含p因子和r因子,故无素因子可加性互异互素构造出2nr-p,当然也就构造不出2nr,故m不会有任意奇素数因子缺位。可见奇素数加法二元运算,值域可表偶数虽不是封闭的,但其奇素数因子域是封闭的。如果单因子数叫几何部件,那一维空间数就叫几何部件。也就是说几何部件加几何部件,从几何部件全集上看,不会产生新的几何部件,也不会丢失旧的几何部件。但子集部件相加会不停地扩域。这个结论将对证明霍奇猜想有用。

“一维空间可表偶数与二维空间可表偶数”等价定理:4素数可区分的对称格网线条,也可用2素数区分,2素数不能区分的线条,4素数也不能区分。即奇素数可表三素数定理成立(前文已证明),二素数定理也就成立。

证明:因为AB+BC=AC´∪非AC´=AC,由于其本原解方程必三元互素,如果非AC´不能用两素数区分,则属另类对称格网线条,其本原解与AB、BC必互素互异,由于互异的可表偶数的素数因子定义域充满所有素数(上文已证),而可表偶数AC´与可表偶数AB、BC除互素外,且在可表偶数域上每次互异,累积非互异,那么非AC´若不能两素数区分就一定是空集,因为又要互素,又不能使用AB和BC中的素因子,这是互异关系假设下的必然结论。二元线性空间都有二元素数基底,若非AC´没有二元素数基底,故非AC´就是空集。根据已知AB、BC囊括了所有的素数因子,AC由AC´以及非AC´构成,而这样的补集是空集,故AC就等于AC´。故AC一定也是可用两素数区分的对称格网线条,即也是可表偶数。凡能四素数区分平面空间,就定能二素数区分一维空间。二元加法运算在二维空间的可表偶数上是封闭的。

用几何直观思维再简洁证明之。一根素数多项式可表的格网线条是素数二项式可表的偶数2k,一分为二挂在手指上,现延伸两格成2k+2,根据伯特兰-切比雪夫定理,新增素数就大于k,不大于k的素数为已有素数,那么2n个加项的素数多项式如果更换2n-1个素数等价1个以上新增素数来构造可表偶数的后继偶数会“过犹”,2n个加项的素数多项式如果更换2n-1个素数等价一个以下新增素数来构造可表偶数的后继偶数会“不及”,因此素数二项式如果不能通过更换1个新增素数来构造2k+2,那么素数四项式也不能构造表达2k+2(因为前文已证明素数二项式与素数四项式等价),继而素数多项式也不能表达2k+2,而素数多项式是等价算术基本定理的,是可以表达所有偶数的,这就与算术基本定理矛盾。为了取中庸思想,不再过犹不及,于是可表偶数之后继偶数也必须素数二项式可表就必须成立。再列举初项8=3+5是可表偶数,10=3+7是可表偶数,现已证明假如2k是可表偶数,则2k+2也是可表偶数。

另外素数多项式与素数二项式在大于14的偶数区间没有不共空间。假如有不共空间ABAB皆不能自身相邻),A将把B分割,这样可表偶数B才不存在彼此相邻的偶数,但是可表偶数除了有无穷无漏个2p外,还有无穷无漏个可表偶数2m是含4因子的(因为除了1个2因子,其他必是1个以上2因子的),于是A将无法同时相邻分割B,分割了2p就不能分割2m,反之亦同。这就与“AB无公共空间”相矛盾。可见“素数多项式与素数二项式在大于14的偶数区间有不共空间”是假命题。

根据数学归纳法,所有不小于8的偶数都是可表偶数,都可以用两互异的奇素数之和表示。于是哥猜获证。

以下顺带研究一下高维空间最优化区分问题。

n维空间最优化区分数”定理:fn)=2n,即n维空间的2n个奇素数相加,都能得到全体偶数(有限项较小偶数对应除外)。

例外偶数都是空集,即一维空间最优化数f(1)=21所对应的可表偶数,与大于6的所有偶数等价。于是哥猜命题也就得到了证明。加上2+2=4, 3+3=6,大于2的偶数都可以用两素数之和表示也就顺带得到了证明。到此用几何法相邻论就证明了偶数强哥德巴赫猜想原题是成立的。另外,用“n维空间最优化区分数”定理,可以证明四色猜想、蜂巢猜想、庞加莱猜想等。“二维空间可表偶数与n维空间全体偶数”等价定理,这个定理与庞加莱猜想的本质是一致的,“任何一个单连通的、闭的三维流形乃至高维流形一定同胚于一个三维的球面”。同胚,显示了拓扑对象其整数素数性质的不变性。本定理是庞加莱猜想的命题内核。