借助 Lean,陶哲轩又开始了新的项目。
「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)的证实,以及伴随而来的复分析和解析数论的支持机制,并计划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。
素数定理是数学中的一个重要定理,描述了素数在自然数中的分布规律,该定理在数论中是一个比较重要的研讨方向。
形式化证实本质上是一种计算机程序,但与 C++ 或 Python 中的传统程序不同,证实的正确性可以用证实助手(比如 Lean 言语)来考证。举例来说,陶哲轩在论文《A MACLAURIN TYPE INEOUALITY》中给出的证实只有不到一页,但形式化证实使用了 200 行 Lean 言语。
而陶哲轩的合作者 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。
目前,这两位数学家合作的 Lean 形式化项目「PrimeNumberTheoremAnd」已经上传到 GitHub 上。
项目地点:https://github.com/AlexKontorovich/PrimeNumberTheoremAnd
因为该项目刚建立不久,陶哲轩以及 Alex Kontorovich 还为此构建了一幅宏图:
宏图地点:https://alexkontorovich.github.io/PrimeNumberTheoremAnd/web/
可以看出该宏图包含 5 个部份:
第一部份介绍了项目的首要方针是在 Lean 中证实素数定理。他们表示该问题仍然是 Wiedijk 列出的需要形式化的 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 中完成。而该项目的方针是将这项工作扩展到级数中的素数(Dirichlet 定理)、Chebotarev 密度定理等等。
目前,完成上述方针可以考虑下面三种步骤:
最快的是 Michael Stoll 提出的「欧拉积」项目,该项目对 PNT 的证实只缺少 Wiener-Ikehara Tauberian 定理(对应第二部份)。
第二种是开发一些复分析,席卷 residue calculus on rectangles 、 argument principle 和 Mellin 变换,从而得出一个仅包含渐近公式的素数定理(PNT)的证实(对应第三部份)。
第三种步骤,也是三种步骤中最通用的一种,席卷阿达马因子分解定理、Hoffstein-Lockhart 等过程(对应第四部份)。
最后一部份是基本推论。
其实回顾陶哲轩以往的研讨,他都多次都提到过 Lean。简单来讲,Lean 是一种可帮助数学家考证定理的编程言语,用户可以在其中编写和考证证实。相比初代 Lean,现在最新的 Lean 4 版本进行了多项优化,席卷更快的编译器、改进的错误处理和更好的与外部东西集成的能力等。现在,陶哲轩他们又将该东西用于素数定理的形式化证实,可见 Lean 已成为数学研讨中的得力助手。