Trong toán học cho tổng các lũy thừa, bài toán tổng của ba số lập phương là bài toán mở yêu cầu tìm hiểu xem liệu một số nguyên tùy ý có thể viết thành tổng của ba lũy thừa bậc ba của số nguyên, cho phép số âm và số dương cho các số hạng trong tổng. Điều kiện tối thiểu để có thể viết thành tổng là phải không được đồng dư với 4 hoặc 5 modulo 9, bởi số lập phương chia 9 thì chỉ dư 0, 1, và −1, và không có tổng nào của ba số lập phương có thể đồng dư với 4 hoặc 5 modulo 9.[1] Hiện vẫn chưa biết điều kiện này đủ hay không.
Các dạng khác của bài toán này bao gồm bài toán của các số lập phương không âm và tổng của số lập phương hữu tỉ. Mọi số nguyên đều có thể biết diễn thành tổng của các số lập phương hữu tỉ, nhưng hiện vẫn chưa biết được liệu tổng của các số lập phương không âm có lập thành tập với mật độ tự nhiên khác không.
Một biểu diễn không tầm thường của 0 là tổng của ba số lập phương sẽ thành phản chứng cho định lý lớn Fermat cho bậc 3, bởi một trong ba số lập phương sẽ có dấu ngược lại với dấu của hai số còn lại, và đối của nó sẽ bằng tổng của hai số đó. Bởi vậy, bằng bài chứng minh của Leonhard Euler cho trường hợp bậc ba của định lý lớn Fermat,[2] chỉ có duy nhất một nghiệm
Đối với biểu diễn cho 1 và 2, có vô số họ các nghiệm
(phát hiện [4] bởi A.S. Verebrusov trong 1908, ghi lại bởi L.J. Mordell[5]).
Các nghiệm có thể được nhân lên để biểu diễn cho các số là số lập phương hoặc gấp hai lần số lập phương nào đó.[5]
Đối với 1, tồn tại các biểu diễn khác cũng như họ các biểu diễn đã được tham số hóa.[6] Đối với 2, các biểu diễn khác được biết bao gồm[6][7]
Tuy nhiên, 1 và 2 là hai số duy nhất mà có thể biểu diễn bằng đa thức bậc 4 như trên.[5]
Thậm chí trong trường hợp biểu diễn cho 3, trong 1953, Louis J. Mordell đã viết "I do not know anything more than its small solutions" (dịch: ngoài những nghiệm nhỏ này ra, tôi không biết còn biểu diễn nào khác không).
ngoại trừ việc ba số đó phải đồng dư với nhau modulo 9.[8][9]
Tương tự với bộ ba số Pythagoras, ta có ví dụ của trường hợp đặc biệt cho tổng của ba số lập phương liên tiếp
với nguyên dương không lớn hơn 1000 và ,[17] để lại các số 33, 42, 74, 114, 165, 390, 579, 627, 633, 732, 795, 906, 921, và 975 làm bài toán mở trong 2009 cho , và 192, 375, và 600 là các số mà vẫn chưa biết được nghiệm nguyên thủy (tức là các nghiệm sao cho ). Sau khi Timothy Browning đề cập đến bài toán trên kênh Numberphile trong 2016, Huisman (2016) mở rộng tìm kiếm này cho , tìm ra nghiệm của số 74 như sau:
Qua cuộc tìm kiếm trên, các nhà toán học phát hiện ra rằng hầu hết các số không đồng dư với 4 hoặc 5 modulo 9 đều có nghiệm, chỉ ngoại trừ ra hai ngoại lệ là 33 và 42.[18]
Tuy nhiên, trong 2019, Andrew Booker đã giải được trường hợp nhờ phát hiện ra:
Để có thể tính ra các nghiệm, Booker sử dụng hướng tìm kiếm khác với thời gian tỷ lệ với thay vì phải lớn nhất trong ba số,[19] hướng làm này được gợi ý bởi Heath-Brown et al.[20] Anh ấy cũng tìm ra rằng
và không có nghiệm nào cho hay bất cứ giá trị mà .
Trong khoảng thời gian rất ngắn sau đó, trong tháng chín năm 2019, Booker và Andrew Sutherland cuối cùng cũng giải được trường hợp , sử dụng 1.3 triệu giờ tính toán trên điện lưới phân toán toàn cầu Charity Engine để tìm ra nghiệm sau
cũng như nghiệm của một số giá trị khác như và cho .[21]
Booker và Sutherland cũng đồng thời tìm thêm biểu diễn thứ ba của số 3 bằng việc sử dụng thêm 4 triệu giớ tính toán trên Charity Engine:
Các trường hợp còn lại chưa được giải cho n nhỏ hơn 1,000 là 7 số sau: 114, 390, 627, 633, 732, 921, và 975, và không có nghiệm nguyên thủy nào (tức ) cho 192, 375, và 600.[21][24]
Bài toán tổng của ba số lập phương trong những năm gần đây được nổi lên là do Brady Haran, chủ kênh YouTubeNumberphile, bắt nguồn từ video năm 2015 "The Uncracked Problem with 33" (dịch: Bài toán chưa phá được với số 33) trong đó có phỏng vấn với Timothy Browning.[25] Sau 6 tháng sau ra video mới "Số 74 đã được phá" cùng Browning, thảo luận về phát hiện của Huisman năm 2016 cho nghiệm của 74.[26] Trong 2019, Numberphile xuất bản 3 video có nội dung liên hệ nhau, "42 is the new 33" (42 là số 33 mới), "The mystery of 42 is solved" (Bí ẩn của số 42 đã được giải), và "3 as the sum of 3 cubes" (khi 3 viết là tổng của 3 số lập phương), để chúc mừng cho phát hiện thành công các nghiệm cho 33, 42, và nghiệm mới cho 3.[27][28][23]
Lời giải cho câu hỏi của Mordell bởi Booker và Sutherland một vài tuần sau nhận thêm một lượt chú ý khác.[22][50][51][52][53][54][55]
Trong hội thảo thuật toán lý thuyết số thứ 14, Booker có nói về một số lý do ông giải bài toán này cũng như là về phản ứng cộng đồng khi nghe thấy thông báo cho lời giải của số 33 và số 42.[56]
Trong 1992, Roger Heath-Brown phỏng đoán rằng mọi số không đồng dư với 4 hoặc 5 modulo 9 có vô số biểu diễn là tổng của ba số lập phương.[57]
Trường hợp của bài toán này được dùng bởi Bjorn Poonen để làm ví dụ mở đầu cho các bài toán không quyết định được trong lý thuyết số, trong đó bài toán thứ 10 của Hilbert là ví dụ nổi bật nhất[58] Mặc dù trường hợp đặc biệt này đã được giải, hiện vẫn chưa biết được liệu bài toán biểu diễn một số là tổng ba số lập phương có quyết định được không. Nghĩa là, hiện vẫn chưa biết được liệu có tồn tại thuật toán mà với mọi đầu vào, có thể kiểm tra trong khoảng thời gian hữu hạn rằng số đó có thể biểu diễn thành tổng ba số lập phương.
Nếu giả thuyết của Heath-Brown đúng, bài toán quyết định được. Trong trường hợp này, thuật toán sẽ tính giá trị của modulo 9, trả về sai khi giá trị đó bằng 4 hoặc 5, còn không thì trả về đúng. Nghiên cứu của Heath-Brown cũng bao gồm các phỏng đoán chính xác hơn về việc làm thế nào để thuật toán có thể tìm ra một biểu diễn hơn là quyết định xem liệu nó có tồn tại hay không.[57]
Một dạng khác của bài toán này có liên quan tới bài toán Waring hỏi về biểu diễn tổng của ba số lập phương không âm. Trong thế kỷ 19, Carl Gustav Jacob Jacobi và những người cộng tác cùng đã lập ra bảng nghiệm cho bài toán này.[59] Hiện đang có giả thuyết tập các số biểu diễn được mật độ tự nhiên dương.[60][61] Hiện điều này vẫn chưa biết được, nhưng Trevor Wooley đã chứng minh rằng của các số từ đến có biểu diễn như vậy.[62][63][64] Mật độ có giá trị tối đa bằng .[1]
Mọi số nguyên có thể viết thành tổng của ba số lập phương hữu tỷ.[65][66]
^Conn, W.; Vaserstein, L. N. (1994), “On sums of three integral cubes”, The Rademacher legacy to mathematics (University Park, PA, 1992), Contemporary Mathematics, 166, Providence, Rhode Island: American Mathematical Society, tr. 285–294, doi:10.1090/conm/166/01628, MR1284068
^Bremner, Andrew (1995), “On sums of three cubes”, Number theory (Halifax, NS, 1994), CMS Conference Proceedings, 15, Providence, Rhode Island: American Mathematical Society, tr. 87–91, MR1353923
^Deshouillers, Jean-Marc; Hennecart, François; Landreau, Bernard (2006), “On the density of sums of three cubes”, trong Hess, Florian; Pauli, Sebastian; Pohst, Michael (biên tập), Algorithmic Number Theory: 7th International Symposium, ANTS-VII, Berlin, Germany, July 23-28, 2006, Proceedings, Lecture Notes in Computer Science, 4076, Berlin: Springer, tr. 141–155, doi:10.1007/11792086_11, MR2282921
^Davenport, H.; Landau, E. (1969), “On the representation of positive integers as sums of three cubes of positive rational numbers”, Number Theory and Analysis (Papers in Honor of Edmund Landau), New York: Plenum, tr. 49–53, MR0262198
Đài Loan luôn là một trong những điểm đến hot nhất khu vực Đông Á. Nhờ vào cảnh quan tươi đẹp, giàu truyền thống văn hóa, cơ sở hạ tầng hiện đại, tiềm lực tài chính ổn định, nền ẩm thực đa dạng phong phú