튜링 머신의 정지와 동등한 수학적 추측


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이 질문은 모든 수학적 정리가 단일 Turing 기계의 정지 여부에 대한 질문으로 축소 될 수 있는지에 관한 것입니다. 특히, 나는 현재 입증되지 않은 추측에 관심이 있습니다.

예를 들어, Wikipedia 현재 홀수의 완벽한 숫자가 있는지 알 수 없다고 말합니다 . 주어진 숫자가 완벽한 지 여부를 결정할 수 있기 때문에 각 홀수를 차례로 확인하고 완벽한 숫자를 찾으면 중지하는 Turing 머신을 작성할 수 있습니다. (이 Turing 머신은 입력을받지 않습니다.) 만약 Turing 머신이 멈추는 지 알면 추측이 참인지, 그 반대인지를 알 수 있습니다.

그러나 다른 예로 쌍둥이 프라임 추측은 어떻습니까? 주어진 숫자가 트윈 페어에서 첫 번째 소수인지 여부를 결정할 수 있지만,이 경우 첫 번째 숫자를 찾을 때 정지 할 수 없습니다. 문제는 무한한 숫자가 있는지에 관한 것입니다. 트윈 프라임 추측이 참일 경우에만 중단되는 튜링 기계를 만드는 것이 가능한지 확실하지 않습니다.

우리는 트윈 프라임 추측이 Peano 산술이나 다른 공식 시스템 내에서 입증 될 수 있는 경우에만 멈추는 Turing 기계를 만들 수 있지만, 그것이 선택한 특정 시스템에서는 입증 될 수 없기 때문에 다른 질문입니다.

그래서 내 질문은

  • 트윈 프라임 추측이 참인 경우에만 멈추는 튜링 기계를 만들 수 있습니까? (그렇다면 어떻게?)
  • 일반적으로 주어진 수학적 진술이 참일 경우에만 중단되는 튜링 기계를 만드는 것이 가능합니까? 이 튜링 기계는 공식적인 진술로 알고리즘 적으로 구성 할 수 있습니까?
  • 일반적으로 가능하지 않은 경우, 수학적 진술을 단일 Turing 기계의 정지 또는 oracle 등 의 turing 기계와 동등한 지 여부로 분류 할 수있는 방법이 있습니까? 그렇다면,이 분류는 주어진 진술에 대해 결정 가능한가?

"참"은 무엇을 의미합니까? 우리는이 진실을 어떤 종류의 모델과 관련하여 평가하고 있습니까? 먼저 내가 생각하는 것을 정의해야합니다.
Jake

그런 모든 튜링 머신은 확률 만 테스트 할 수 있다고 생각합니다. PE에서 실제 진술을 명시 적으로 반복하지 않더라도 다른 형태의 증거를 찾고 있습니다. 차이점은 홀수의 완벽한 수 존재는 명백하고 사실 일 수도 있고 불가능할 수도없고, 쌍둥이 소수 일 수도 있다는 것입니다.
Karolis Juodelė

셀 수없는 세트에 대한 추측은 Turing 기계를 사용하여 표현할 수 없습니다.
Raphael

답변:


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귀하의 질문은 산술 계층 에 의해 답변됩니다 . 홀수의 완벽한 숫자는 문이므로 Σ 1 기계를 사용하여 테스트 할 수 있습니다 . 쌍둥이 프라임 추측은 Π 2 진술이므로 진술이 거짓 인 경우 정지 오라클에 액세스하여 TM을 구성 할 수 있습니다.Σ1Σ1Π2

문 IFF가 정지하는 엄격한 논리적 의미에서, 당신은 항상 튜링 기계를 만들 수 있습니다 원하는 분야ϕ

  1. 경우 보유하고있는가 정지 기계를 가지고.ϕ
  2. 경우 보유하지 않는 한 다음 정지를하지 않는 기계를 가지고.ϕ

이 구성이 유효한지 확인하려면 다음과 같은 논리적 인 설명을 고려하십시오.

약간 다른 질문을하여이 혼란을 해결할 수 있습니다.

ϕ.ϕ 정지.

ϕ Φ iff ϕ 에서 멈추는 튜링 머신이 존재하도록 하는 일련의 진술 는 무엇입니까 ?ΦϕΦϕ

위에서 나는 진술이 그러한 집합을 형성 한다고 지적했다 .Σ1


감사합니다. 산술적 계층 구조는 내가 요구 한 것과 정확히 같습니다. 필자가 실제로 묻고 자하는 것은 "수학적 계산의 일부 (일부)에서 입력을받지 않는 Turing 기계까지 계산할 수있는 기능이 있는가? 주어진 문장에 해당하는 기계가 그 문장이 참일 때 중단된다"고 생각한다. 물론 그것은 당신이 제안한 버전과 동일합니다.
Nathaniel

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하자 , F ( 2 ) = 4 , 및하자 F를 ( N + 1 ) = F ( N ) ! 모든 정수 n 2 입니다. 양의 정수 n의 경우 Θ n 은 다음 명령문을 나타냅니다.에프(1)=2에프(2)=4에프(+1)=에프()!2Θ

에스{엑스나는!=엑스케이:나는,케이{1,,}}{엑스나는엑스제이=엑스케이:나는,제이,케이{1,,}}

정수 x 1 에 유한하게 많은 솔루션이 있습니다엑스1,,엑스1(엑스1,,엑스)(엑스1,,엑스)에프()Θ1,,Θ16

Θ16에프(16)+

Θ160'

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