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叢間蝶

第十三章 五次方程的解(二)

叢間蝶 秋嵐羽 2811 2020-10-04 22:44:14

  常海走近最后一面石墻,并未直接動(dòng)手,而是舉著粉筆思索了片刻,接著便回頭和莫寒說到:“莫兄,在下的證明過程可能除了數(shù)學(xué)表達(dá)式還會(huì)使用諸多的文字,不知莫兄是否知曉錫恩當(dāng)?shù)氐耐ㄓ谜Z言?”

  莫寒心中一驚,他本以為常海與他交流使用基洛語只是出于個(gè)人習(xí)慣,沒成想常海竟然不會(huì)錫恩的官方語言——德蘭語!德蘭語是各類文獻(xiàn)和參考資料的通用語言,如果你不會(huì)德蘭語,那么在閱讀各類資料的時(shí)候必然重重受阻,科研工作寸步難行。一位數(shù)學(xué)知識(shí)如此高深的學(xué)者為何會(huì)不懂德蘭語?莫寒暫時(shí)按下心中的疑問,先回答道:“錫恩本地常用語是德蘭語,在下頗為精通。”

  “那正好!我會(huì)先用基洛語寫下過程,并且留出位置讓你用德蘭語進(jìn)行翻譯,勞煩莫兄了!”常海抱拳說到。

  常海的地球禮節(jié)讓莫寒似乎有些不知所措,“這大概便是常兄家鄉(xiāng)的打招呼方式吧……”莫寒暗自想著,也有模有樣地學(xué)著回了一禮,同時(shí)答道“榮幸之至!”

  事已至此,常海便不再磨蹭,提起粉筆便開始作答。

  在地球的歷史中,五次方程的一般根式解的問題困擾了數(shù)學(xué)家們幾百年,直到兩位數(shù)學(xué)天才橫空出世,才撥云見日解開了這道千古謎題。

  最早給出高于四次的一般代數(shù)方程沒有一般形式的根式解的結(jié)果的數(shù)學(xué)家是阿貝爾,但是由于其證明過程過于復(fù)雜艱深,以至于大部分?jǐn)?shù)學(xué)家都無法理解,所以其論文一直得不到重視和發(fā)表。使其一生困頓拮據(jù),最終死于肺結(jié)核。

  后來伽羅瓦也獨(dú)立給出了這個(gè)千古難題的證明,并系統(tǒng)地提出了群論,這一理論標(biāo)志著現(xiàn)代數(shù)學(xué)的開端,就是從這里開始數(shù)學(xué)漸漸遠(yuǎn)離了常人的視野,漸漸發(fā)展成了大家看不懂的模樣。伽羅瓦一生研究數(shù)學(xué)的時(shí)間不超過五年,他曾三次向科學(xué)院遞交論文,但是由于超越時(shí)代太多的原因,三次論文都被退回或遺失,直到伽羅瓦死后其文章才真正得到世人們的重視。

  如果沒有這兩位流星一般的天才的出現(xiàn),那么數(shù)學(xué)史翻開新的篇章的時(shí)間不知要被推遲多久。

  此時(shí),常海已經(jīng)在石墻上寫下了不少的篇幅。

  所謂五次及以上方程無一般根式解,并非指五次以上方程無解。高斯的代數(shù)基本定理清楚地告訴人們,幾次方程便在復(fù)數(shù)域內(nèi)有幾個(gè)根(計(jì)及重根)。有一般根式解指的是方程在復(fù)數(shù)域內(nèi)的所有根都可以通過其系數(shù)域的有限次開方和四則運(yùn)算表示出來。

  常海在寫下這一條顯而易見的命題后,便開始了對(duì)群和域的定義。

  所謂群,便是一個(gè)擁有滿足封閉性、滿足結(jié)合律、有單位元、有逆元的二元運(yùn)算的代數(shù)結(jié)構(gòu)。而域則包含兩個(gè)二元運(yùn)算,其中一個(gè)二元運(yùn)算可以和域元素構(gòu)成交換群(刪除單位元時(shí)仍成立),另一個(gè)二元運(yùn)算對(duì)此運(yùn)算滿足分配律。

  這兩個(gè)較為佶屈聱牙的定義便占據(jù)了不小的篇幅。莫寒一邊皺著眉頭思索,一邊艱難地進(jìn)行著翻譯,待德蘭語版本的證明漸漸鋪上墻面后,本來鴉雀無聲的人群漸漸有了躁動(dòng)。

  “……他是在定義什么?怎么看起來花里胡哨的……”

  “……我也看不出有什么大用處啊,怕不是在嘩眾取寵……”

  常海在給出這兩個(gè)定義后便開始舉例,先舉了常見的對(duì)稱群、點(diǎn)群,接著便是接下來證明需要用到的置換群和實(shí)數(shù)域、復(fù)數(shù)域。有了例子之后便要給出群同構(gòu)、域同構(gòu)以及擴(kuò)域的定義。所謂同構(gòu)便是等價(jià)關(guān)系的一種,構(gòu)成群的代數(shù)結(jié)構(gòu)相等便是同構(gòu),對(duì)于兩個(gè)群,只要存在兩者間的雙射使得群運(yùn)算得以保持便可以稱兩個(gè)群同構(gòu),域同構(gòu)與之同理。所謂擴(kuò)域便是在原域中添加一個(gè)不屬于此域的元素,而包含新元素且仍構(gòu)成域的代數(shù)結(jié)構(gòu)便稱為其擴(kuò)域。

  隨著這些具有可操作性的例子逐漸給出,莫寒緊皺的眉頭漸漸放松了下來,雖然在某些技巧細(xì)節(jié)上自己還不太清楚,但是整體上已經(jīng)跟上了常海的思路。

  而圍觀群眾又開始如冷水一般寂靜,看來這些理論并不是常人能在短時(shí)間內(nèi)消化的。

  在有了以上知識(shí)的鋪墊后,常海終于可以用專業(yè)語言精確地表達(dá)一個(gè)多項(xiàng)式是否有根式解的問題了:一個(gè)多項(xiàng)式有根式解等價(jià)于通過有限次添加根式,將其系數(shù)域擴(kuò)張為某個(gè)包含該多項(xiàng)式根域的擴(kuò)域,即該多項(xiàng)式的根域包含于系數(shù)域的某個(gè)根式擴(kuò)域中。

  在寫下這個(gè)命題后,整個(gè)證明終于要進(jìn)入最重要的部分了。此時(shí)雖然已經(jīng)過了下午溫度最高的時(shí)間,但是常海的額頭上仍然滲出了汗水,常海用衣袖簡(jiǎn)單擦拭了一下微紅的臉頰便準(zhǔn)備繼續(xù)作答。

  這時(shí),一只蒼老的手從一旁遞來一杯水,“小子,先喝一口?!?p>  常海順著聲音望去,手的主人正是那位一開始坐在紀(jì)念塔臺(tái)階上的老人,常海無法想象他是怎么靠著一把老骨頭穿過重重人群,站到自己身邊的。

  常海接過水,道了聲謝,隨口問道:“您老人家也懂這個(gè)?”

  老人微微一笑,說到:“略懂,略懂。人老了腦子就轉(zhuǎn)得慢,不過大致還是看的明白,你且繼續(xù)。”

  常海也不過多糾結(jié),擼起袖子,便開始書寫核心部分。

  整個(gè)證明的最關(guān)鍵就在于伽羅瓦所提出的伽羅瓦群和伽羅瓦定理。所謂伽羅瓦群便是指從根域到自己的所有保持系數(shù)域元素不變的域同構(gòu)全體。這個(gè)群中的群元素是根域的自同構(gòu)。而伽羅瓦群的每個(gè)群元素都對(duì)應(yīng)著方程的根集的一種置換,所以方程在系數(shù)域上的根域的伽羅瓦群是方程所對(duì)應(yīng)的同次對(duì)稱群的同構(gòu)。

  而伽羅瓦定理便是一個(gè)多項(xiàng)式擁有根式解的充要條件是該多項(xiàng)式的根域在系數(shù)域上的伽羅瓦群是可解群。所謂可解群便指這個(gè)群擁一個(gè)正規(guī)列(即一個(gè)序列,序列中每個(gè)群都是前一個(gè)群的正規(guī)子群,最后一個(gè)元素為平凡子群{1}),而其所有商群皆為交換群。

  在得知以上結(jié)果后,只需要最后一條引理,整個(gè)證明便可以完成:二次、三次、四次對(duì)稱群都是可解群,而五次以上的對(duì)稱群為非可解群,所以五次以上方程沒有一般根式解!

  這幾個(gè)定理的證明艱深而晦澀,在常海粉筆的刷刷聲中時(shí)間匆匆流過。隨著太陽漸漸西去(是的,這個(gè)星球的自轉(zhuǎn)方向也是自西向東)周圍觀看的人群也漸漸減少。士兵們?cè)谑瘔敳繑[上一排煤油燈,明亮的燈火立刻隱去了夕陽的余暉,連帶著夕陽投下的黯淡的影子也被翻轉(zhuǎn)了半周齊齊向后鋪去,燈火照亮著為數(shù)不多的看客沉思的臉龐,但是他們那求知的眼神卻比燈火更加明亮。

  隨著常海越寫越多、越寫越快,莫寒也漸漸激動(dòng)了起來,他已經(jīng)隱約可以窺見整個(gè)證明的全貌了!這證明是如此精妙絕倫,所使用的方法和技巧只能用巧奪天工來形容。一旁的老人眸子中也有微光在閃動(dòng),似乎也完全沉浸在了這證明里。

  待常海終于為整篇證明劃上最后一個(gè)句號(hào)時(shí),一陣寒風(fēng)突然吹過,常海不由得打了個(gè)冷顫。他緩緩放下粉筆,慢慢回過頭去,卻發(fā)現(xiàn)在場(chǎng)的人只有仍在翻譯的莫寒、看不出神情的莫靈和那位目光深邃的老人了。在不遠(yuǎn)處的墻角,大壯和融義已經(jīng)互相依偎著睡去。

  夜色已深。

  毫無疑問,這面墻壁上所書寫的內(nèi)容是美麗的,它比萬水千山的繁華錦繡更加瑰麗壯闊,比戀人眸子中的那一灣秋水更令人魂?duì)繅?mèng)繞,它在地球上開啟了一個(gè)新時(shí)代,在這里亦將如此??墒嵌眯蕾p這一方美麗的人,卻永遠(yuǎn)是少數(shù)。

  天鵝絨質(zhì)地的夜幕下,常海緩緩轉(zhuǎn)過身面向這幾人,鄭重其事地宣布到:“證明完畢!”

  常海的面色帶著驕傲,如同一位演出完畢的音樂家,接著他深深彎腰,為這三名觀眾行上一個(gè)鞠躬禮。

  三人沒有鼓掌,他們學(xué)著常海的模樣對(duì)著前方也深深地鞠了一躬,似乎是在面朝向石墻,又似乎是在朝向常海本人。

  就在這安靜的儀式中,歷史已經(jīng)悄悄改寫。

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