Anatolijus Karacuba

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigacija, paiešką
Bullet purple.png
Bullet purple.png
Anatolijus Aleksejevičius Karacuba
A.A.Karatsuba.jpg
Gimė: 1937 m. sausio 31 d.
Grozne, TSRS
Mirė: 2008 m. rugsėjo 28 d. (71 metai)
Maskva, Rusija
Tautybė: Rusas
Veikla: Matematikas

Anatolijus Aleksejevičius Karacuba (1937 m. sausio 31 d., Groznas, TSRS – 2008 m. rugsėjo 28 d., Maskva, Rusijoje) – Rusijos matematikas.

Turinys

Studijos ir darbas[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

A.A.Karatsuba graduate.jpg

1944–1954 m. Anatolijus Karacuba mokėsi Grozno berniukų gimnazijoje ir ją baigė sidabro medaliu. Jau vaikystėje jis parodė išskirtinius gabumus matematikai. Būdamas žemesniųjų klasių moksleiviu jis jau sprendė uždavinius, skirtus vyriausiųjų klasių mokiniams.

1959 m. jis baigė Maskvos valstybinio Lomonosovo universiteto Matematikos ir informatikos fakultetą. 1962 m. apgynęs disertaciją "Specialaus pavidalo racionaliosios trigonometrinės sumos ir jų taikymai" (mokslinis vadovas N. M. Korobovas (Korobov)), tapo fizikos ir matematikos mokslų kandidatu ir pradėjo dirbti MVU Matematikos ir mechanikos fakultete. 1966 m. apgynė disertaciją "Trigonometrinių sumų metodas ir vidurkių teoremos" ir tapo fizikos ir matematikos mokslų daktaru bei Steklovo matematikos instituto (MIAN) mokslo darbuotoju.

Nuo 1983 m. buvo vedantysis skaičių teorijos specialistas TSRS ir Rusijoje. Jis buvo Steklovo instituto skaičių teorijos skyriaus vadovas, nuo 1970 m. – Maskvos valstybinio universiteto skaičių teorijos katedros profesorius, o nuo 1980 m. – Maskvos valstybinio universiteto Matematinės analizės katedros profesorius. Jo mokslinių interesų sritis apėmė trigonometrines sumas ir trigonometrinius integralus, Rymano dzeta funkciją, Dirichlė charakterius, baigtinius automatus, efektyviuosius algoritmus.

Karacuba vadovavo 15 doktorantų, kurie įgijo daktaro laipsnius (tapo mokslų kandidatais); septyni iš jų tapo mokslų daktarais. Karacubai buvo paskirtos premijos ir suteikti garbės vardai.

Premijos ir vardai.

  • 1991: Tarybų Sąjungos Mokslų Akademijos P. L. Čebyševo vardo premija
  • 1999: Nusipelnęs Rusijos mokslininkas
  • 2001: Rusijos Mokslų Akademijos I. M. Vinogradovo vardo premija

Ankstyvieji darbai iš informatikos[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Būdamas Maskvos valstybinio Lomonosovo universiteto studentu, Karacuba lankė Andrejaus Kolmogorovo seminarus ir išsprendė dvi Kolmogorovo iškeltas problemas, kurios buvo svarbios automatų teorijos vystymui ir davė pradžią naujai matematikos šakai – greitųjų algoritmų teorijai.

Automatai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Edvardo F. Muro (Edward F. Moore) straipsnyje[1] tipo automatu arba mašina yra vadinamas įrenginys su būsenų, įėjimo simbolių ir išėjimo simbolių. Straipsnyje buvo įrodytos devynios teoremos apie struktūrą ir eksperimentus su . Vėliau buvo pavadintos Muro mašinomis. Straipsnio pabaigoje skyrelyje "Naujos problemos" Muras suformulavo problemą apie įverčių, gautų 8 ir 9 teoremose patikslinimą.

8 teorema (Muro). Tarkime, jog yra tokia tipo mašina, kad bet kurios dvi būsenos yra skirtingos viena nuo kitos. Tuomet egzistuoja ilgio algoritmas, savo pabaigoje identifikuojantis būseną.

1957 m. Karacuba įrodė dvi teoremas, kurios pilnai išsprendė Muro problemą apie 8 teoremos algoritmo ilgio patikslinimą.

A teorema (Karacubos). Tarkime, jog yra tipo mašina, kurios bet kurios dvi būsenos yra skirtingos. Tuomet egzistuoja ne didesnio negu išsišakojęs algoritmas, pagal kurį ekspermento pabaigoje gali būti surasta mašinos būsena.

B teorema (Karacubos). Egzistuoja tokia tipo mašina su skirtingomis būsenomis, kad būsenos radimo trumpiausio algoritmo ilgis yra

Šias dvi teoremas Karacuba įrodė ketvirtame kurse, jos buvo jo kursinio darbo pagrindas. Atitinkamas straipsnis 1958 m. gruodžio 17 d. buvo įteiktas žurnalui "Uspechi Matem. Nauk" ir paskelbtas 1960 m.[2]. Iki šiol šis Karacubos rezultatas, vėliau pavadintas Muro-Karacubos teorema, lieka tiksliausias (tiksliausias ne tiesinis eilės įvertis) ne tiesinis rezultatas tiek automatų teorijoje, tiek ir analogiškose skaičiavimų sudėtingumo teorijos problemose.

Greitieji algoritmai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Greitieji algoritmai yra matematikos sritis, nagrinėjanti duotos funkcijos apskaičiavimo nurodytu tikslumu algoritmus naudojant kiek galima mažiau operacijos bitų. Tarkime, jog skaičiai yra užrašyti binarioje sistemoje, kurios ženklai ir yra vadinami "bitais". Vienos "operacijos bitas" apibrėžiamas rašant vieną iš ženklų , plius, minus, skliausteliai; rašant greta, atimant ir sudauginant du bitus. Andrejus Kolmogorovas pirmasis iškėlė problemas apie skaičiavimo sudėtigumo bitus. Daugybos sudėtigumas yra skaičius operacijos bitų, reikalingas apskaičiuoti dviejų skaitmenų skaičių sandaugą, naudojant duotą algoritmą.

Daugindami du -skaitmenų skaičius įprastu mokykliniu stulpelio metodu, gauname, kad . 1956 m. A. N. Kolmogorovas iškėlė hipotezę, jog bet kurio daugybos metodo apatinis rėžis taip pat yra eilės, t. y., negalima apskaičiuoti dviejų skaitmenų skaičių sandaugą greičiau negu naudojant operacijų (vadinamoji Kolmogorovo hipotezė). hipotezė atrodė realistinė, kadangi visa skaičių daugybos istorija naudojosi eilės sedėtingumu, ir jei greitesnis metodas būtų egzistavęs, jis tikriausiai jau būtų surastas.

1960 m. Anatolijus Karacuba surado naują ženklų skaičių daugybos būdą, dabar vadinamą Karacubos algoritmu, kurio sudėtingumo eilė . Taigi, hipotezė buvo paneigta. Karacuba šį rezultatą 1960 m. pristatė Maskvos Valstybinio Universiteto Kolmogorovo seminare, kuris vėliau nustojo veikti. Pirmąjį straipsnį, kuriame buvo išdėstytas metodas, paruošė pats Kolmogorovas[3]. Jame buvo pateikti du skirtingi, vienas su kitu nesusiję, jo dviejų studentų rezultatai. Straipsnyje Kolmogorovas aiškiai nurodė, jog viena teorema (nesusijusi su greita daugyba) priklauso J. Ofmanui, o kita (su pirmuoju greitosios daugybos algoritmu) yra įrodyta A. Karacubos. Vėliau Karacubos metodas buvo pavadintas "Dalyk ir nugalėk" algoritmu. Kiti šio metodo pavadinimai, priklausomai nuo taikymų srities, yra Binarusis skaidymas, Dichotomijos principas ir t. t.

Vėliau, remiantis Karacubos idėjomis[4][5] buvo sukonstruoti tūkstančiai greitųjų algoritmų. Dauguma jų yra tiesioginiai Karacubos metodo apibendrinimai. Tokie yra Šonhagės-Štraseno (Schönhage-Strassen)[6] ir Štraseno matricų daugybos algoritmai[7]. Pastaraisiais metais "Dalyk ir nugalėk" vardas yra naudojamas operacijoms, kurios problemą skaldo į dalis, ir tai paprastai nėra susiję su greitais skaičiavimo algoritmais.

Prancūzų matematikas ir filosofas Žanas – Polis Delajė (Jean-Paul Delahaye)[8] laikė Karacubos daugybos metodą "vienu iš naudingiausių matematikos rezultatų".

Anatolijaus Karacubos algoritmas praktiškai yra realizuotas šiuolaikiniuose kompiuteriuose, ne tik programinėje, bet ir techninėje įrangoje.

Darbai iš skaičių teorijos[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Straipsnyje "Apie profesoriaus A. A. Karacubos matematikos darbus"[9], paskelbtame A. A. Karacubos šešiasdešimtmečio proga, jo buvę mokiniai G. I. Archipovas ir V. N. Čiubarikovas išskiria tokius A. A. Karacubos mokslinių straipsnių charakteringus bruožus: "Aprašant garsių mokslininkų darbus, yra natūralu apibendrinti jųkūrybinio darbo kai kurias charakteristikas. Tokie išsiskiriantys profesoriaus Karacubos mokslinio darbo bruožai yra įvairiapusis genialumas, fundamentalus charakteris ir rezultatų išbaigtumas".

Svarbiausi A. A. Karacubos darbai yra paskelbti daugiau negu 160 mokslinių straipsnių ir monografijų[10][11][12][13].

Trigonometrinės sumos ir trigonometriniai integralai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

$p$-adinis metodas[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

A. A. Karacuba pastatytas naujas - adinį metodą trigonometrinių sumų teorijoje. Taip vadinamų sumų pavidalo

įverčiai, gauti[14] darbe, sąlygojo naujus Dirichlė funkcijų su pirminio skaičiaus laipsnio moduliu nulių įverčius, Varingo (Waring) lyginio

sprendinių skaičiaus asimptotinę formulę, polinomo su sveikais keoficientais moduliu trupmeninių dalių pasiskirstymo problemos sprendimą. A. A. Karacuba pirmasis realizavo[15] Oilerio – Vinogradovo " įdėjimo principo" -adinį variantą ir suskaičiavo Vinogradovo -skaičiaus, įvertinančio Varingo tipo lyginio sprendinių skaičių, -adinį analogą. Tarkime, kad

ir, be to, , o yra pirminis skaičius. Karacuba įrodė, kad tuomet su kiekvienu natūraliuoju egzistuoja toks , kad, kai kiekvienas natūralusis skaičius gali būti išreikštas (1) forma su , o kai , egzistuoja tokie , kad (1) lyginys neturi prasmės.

Šis naujas Karacubos metodas atvedė prie naujo -adinio Vinogradovo vidurkių teoremos, sudarančios Vinogradovo trigonometrinių sumų metodo svarbiausią dalį, įrodymo.

Kitas A. A. Karacubos -adinio metodo privalumas yra perėjimas nuo nepilnos lygčių sistemos prie pilnos -adinio nežinomųjų pakeitimo dėka[16][17].

Tegul yra bet koks natūralusis skaičius, , o sveikasis skaičius yra apibrėžtas nelygybėmis Nagrinėkime lygčių sistemą

kurioje Karacuba parodė, kad šios sistemos sprendinių skaičiui kai , yra teisingas įvertis

Nepilnoms lygčių sistemoms, kai kintamieji perbėga skaičius su mažais pirminiais dalikliais, Karacuba pritaikė multiplikatyvų kintamųjų pakeitimą. Tai leido gauti iš esmės naujus trigonometrinių sumų įverčius ir naują vidurkių teoremą tokio tipo lygčių sistemoms.

Hua-Luogeng'o problema apie Terio (Terry) problemos singuliariojo integralo rodiklių konvergavimą[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

-adinis A. A. Karacubos metodas leidžia įvertinti taškų aibių, sudarytų iš mažų funkcijų reikšmių, matą tų reikšmių ir jų parametrų (koeficientų ir t. t.) terminais, ir, priešingai, duoda būdą tų parametrų įvertinimui minėtos aibės mato terminais tiek realioje, tiek ir -adinėje metrikoje. Ši Karacubos metodo pusė labai ryškiai pasireiškia trigonometrinių integralų įvertinime, kuris atvedė prie Hua Luogengo problemos sprendimo. 1979 m. Karacuba kartu su savo mokiniais G. I. Archipovu ir V. N. Čiubarikovu gavo[18] pilną Hua Lougengo problemos sprendimą, nurodydami integralo

konvergavimo rodiklį, kai yra fiksuotas skaičius. Ši problema buvo iškelta 1937 m. Konvergavimo rodiklis yra reikšmė , su kuria integralas konverguoja, kai ir diverguoja, kai . Čia yra kiek norima mažas skaičius. Buvo įrodyta, kad integralas konverguoja, kai $2k > \frac{1}{2}(n^{2}+n)+1$, ir diverguoja, kai $2k \leq \frac{1}{2}(n^{2}+n)+1$. Tuo pa{\v c}iu metu pana{\v s}i problema buvo išspręsta ir integralui

čia yra sveikieji skaičiai, tenkinantys nelygybes . Karacuba ir jo mokiniai įrodė, jog integralas konverguoja, kai , ir diverguoja, kai .

Integralai ir atsiranda nagrinėjant taip vadinamą Prušė-Terio-Eskoto (Prouchet-Tarry-Escott) problemą. Karacuba su savo mokiniais gavo eilę naujų rezultatų, liečiančių daugiamatį Terio problemos analogą. Be kita ko, jie įrodė, kad jei yra , , kintamųjų polinomas

polinomo laisvasis narys lygus nuliui, , o yra – matis vektorius, sudarytas iš polinomo koeficientų, tai tuomet integralas

konverguoja, kai , čia yra didžiausias iš skaičių . Šis rezultatas, nors ir ne galutinis, inspiravo naują trigonometrinių integralų teorijos sritį, susijusią su integralo konvergavimo rodiklio įverčio patikslinimu (I. A. Ikromovas, M. A. Čahkijevas ir kiti).

Kartotinės trigonometrinės sumos[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

1966–1980 Karacuba sukūrė[19][20][21] kartotinių Hermano Veilio (Hermann Weyl) trigonometrinių sumų, t. y., sumų pavidalo

su

ir realių koeficientų sistema , teoriją. Centrinė tos teorijos, kaip ir Vinogradovo trigonometrinių sumų teorijos, vieta yra tokia vidurkių teorema.

Tegul , yra natūralieji skaičiai, , . Be to, tegul yra -matis kubas , , , euklidinėje erdvėje ir

Tuomet su kiekvienu ir yra teisingas įvertis

čia , , , , o natūralieji skaičiai tenkina nelygybes , .

Vidurkių teorema kartu su lema apie daugiamačių gretasienių susikirtimo kartotinumą sudaro Karacubos gauto kartotinių trigonometrinių sumų įvertinimo pagrindą. Tegul yra skaičių , tenkinančių sąlygą bendras mažiausias kartotinis. Tuomet, kai , galioja įvertis

čia yra skaičiaus daliklių skaičius, o yra skaičiaus skirtingų pirminių daliklių skaičius.

Hardžio funkcijos Varingo problemoje įvertis[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Pritaikęs Hardžio-Litlvudo-Vinogradovo metodo -adinė formą trigonometrinių sumų, kuriose yra sumuojama pagal skaičius su mažais pirminiais dalikliais vertinimui, Karacuba gavo[22] naują įvertį gerai žinomoms Hardžio funkcijoms Varingo problemoje, kai

Varingo problemos daugiamatis analogas[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Toliau nagrinėdamas Varingo problemą, Karacuba gavo[23][24] tokį dvimatį jos apibendrinimą.

Imkime lygčių sistemą

kurioje yra duoti sveikieji teigiami skaičiai su tuo pačiu augimo greičiu, , ir yra nežinomieji, kurie taip pat yra sveikieji teigiami skaičiai. Ši sistema turi sprendinių, kai , o kai , tai egzistuoja tokie , kad sistema neturi sprendinių.

Artino (Artin) problema apie lokalią nulio išraišką duotąja forma[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Nagrinėdamas Artino problemą apie -adinę nulio išraišką bet kokio laipsnio forma, Karacuba priešingai egzistuojančiai hipotezei, kad nulio išreiškimui netrivialia forma reikia, jog kintamųjų skaičius augtų polinomiškai, įrodė, kad iš tikrųjų šis skaičius turėtų augti beveik eksponentiškai priklausomai nuo formos laipsnio.

Karacuba kartu su savo mokiniu Archipovu įrodė[25] , kad su kiekvienu natūraliuoju egzistuoja toks , kad su visais yra mažesnio negu laipsnio kintamųjų su sveikais koeficientais forma turinti tik trivialią nulio išraišką -adiniais skaičiais. Panašius rezultatus jie gavo su bet kuriuo nelyginiu pirminiu moduliu .

Trumpų Klostermano sumų įverčiai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

1993–1999 m. Karacuba išvystė[26][27][28] naują trumpų Klostermano sumų

įvertinimo metodą. Čia perbėga skaičių, tarpusavyje pirminių su aibę , aibės elementų skaičius yra mažesnis už , o reiškia likinių moduliu klasę, atvirkštinę , t. y.,

Iki 1990 m. įverčiai tokio tipo sumoms buvo žinomi tik atveju, kai sumos dėmenų skaičius yra didesnis už (H. D. Klostermanas, I. M. Vinogradovas, H. Sali (Salie), L. Karlicas (Carlitz), S. Uchijama (Uchiyama), A. Veilis (Weil)). Buvo tik viena išimtis specialaus pavidalo moduliams , kai yra fiksuotas pirminis skaičius, o rodiklis auga į begalybę. (Šį atvejį nagrinėjo A. G. Postnikovas (Postnikov), naudodamas Ivano Matvejevičiaus Vinogradovo metodą). Karacubos metodas leidžia įvertinti Klostermano sumas, kuriose dėmenų skaičius neviršija , o kai kuriais atvejais net

, čia yra bet koks mažas fiksuotas skaičius.

Įvairūs Karacubos metodo aspektai buvo pritaikyti sprendžiant tokias analizinės skaičių teorijos problemas:

  • rasti trupmeninių dalių sumų, turinčių pavidalą

asimptotiką; čia perbėga sveikuosius skaičius, tenkinančius sąlygą , o perbėga pirminius skaičius, iš kurių nesidalija (A. A. Karacuba);

  • įvertinti iš apačios nelygybių

sprendinių sveikaisiais skaičiais , , , , skaičių (A. A. Karacuba);

  • patikslinti bet kokio realaus skaičiaus iš intervalo artinius trupmeninėms dalims

kai , ir (A. A. Karacuba);

  • patikslinti konstantą Bruno-Tičmarsho (Brun – Titchmarsh) teoremoje

; čia yra pirminių skaičių, neviršijančių ir priklausančių aritmetinei progresijai skaičius. (J. Fridlanderis (J. Friedlander), H. Ivaniecas (H. Iwaniec));

  • rasti skaičių pavidalo , sandaugos didžiausio pirminio

daliklio įvertį iš apačios (D. R. His-Braunas (D. R. Heath – Brown));

  • įrodyti, jog yra be galo daug pavidalo pirminių skaičių

(J. Fridlanderis, H. Ivaniecas);

  • ištirti skaičių aibės

kombinatorines savybes (A. A. Glibičiukas (A. A. Glibichuk))

Rymano dzeta funkcija[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

A.A.Karatsuba on lecture.jpg

Selbergo hipotezė[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

1984 m. Karacuba įrodė[29][30][31], kad su fiksuotu , , pakankamai dideliu ir su intervale yra bent Rymano dzeta funkcijos realių nulių.

Šis nulių skaičius yra 1942 m. Atlės Selbergo (Atle Selberg) iškelta hipotezė, kurią jis pats ir įrodė atveju

Šie Selbergo ir Karacubos įverčiai negali būti patikslinti augimo eilės atžvilgiu, kai

Rymano dzeta funkcijos nulių pasiskirstymas trumpuose kritinės tiesės intervaluose[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba gavo[32] eilę rezultatų apie funkcijos nulių pasiskirstymą kritinėje tiesėje. Jis įrodė, jog Selbergo hipotezės analogas yra teisingas "beveik visiems" intervalams su , kai yra kiek norint mažas fiksuotas teigiamas skaičius. 1992 m. Karacuba išvystė naują Rymano dzeta funkcijos nulių labai trumpuose kritinės tiesės intervaluose tyrinėjimo metodą, kai intervalo ilgis auga lėčiau už bet kurį, kad ir labai mažą, laipsnį. Be kita ko, jis įrodė, kad su bet kuriais ir , , beveik visuose intervaluose su yra bent funkcijos nulių. Pastarasis įvertis labai mažai skiriasi nuo įverčio, kuris išplaukia iš Rymano hipotezės.

Dirichlė eilučių tiesinių kombinacijų nuliai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba išvystė[33][34][35] naują funkcijų, kurios yra išreiškiamos Dirichlė eilučių tiesinėmis kombinacijomis, nulių tyrinėjimo metodą. Paprasčiausias tokios funkcijos pavyzdys yra Davenporto-Heilbrono (Davenport-Heilbronn) funkcija , apibrėžiama lygybe

kurioje yra nepagrindinis charakteris moduliu (, , , , , for any ),

Rymano hipotezė funkcijai nėra teisinga, tačiau kritinėje tiesėje guli nenormaliai daug jos nulių.

1989 m. Karacuba įrodė, jog intervale , , yra bent

funkcijos nulių. Panašius rezultatus Karacuba gavo ir tiesinėms kombinacijoms su bet kuriuo baigtiniu dėmenų skaičiumi, tik šiuo atveju rodiklis yra pakeičiamas mažesniu skačiumi , priklausančiu nuo tiesinės kombinacijos pavidalo.

Dzeta funkcijos nulių sritis ir daugiamatė Dirichlė daliklių problema[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacubai priklauso naujo didelio atradimo rezultatas[36] apie daugiamatę Dirichlė daliklių problemą, susijęs su nelygybės sprendinių natūriniais skaičiais skaičiumi , kai . Yra žinoma asimptotinė formulė

kurioje yra -ojo laipsnio polinomas su koeficientais, priklausančiais nuo ir turinčiais išreikštinį pavidalą, o yra liekamasis narys. Iki 1960 m. buvo žinomi įverčiai

su kai yra kurios nors absoliučios teigiamos konstantos.

Karacuba gavo daug tikslesnį nario įvertį, kuriame yra eilės ir yra mažėjanti daug lėčiau, negu ankstesniuose įverčiuose. Karacubos įvertis yra tolygus ir atžvilgiu, be to , reikšmė gali augti kartu su kaip kuris nors logaritmo laipsnis. (Iš pažiūros panašų, bet silpnesnį rezultatą 1960 m. gavo vokiečių matematikas Richertas (Richert), kurio straipsnis tarybiniams matematikams nebuvo žinomas bent iki septintojo dešimtmečio vidurio).

Ǐverčio dydžiui įrodymas remiasi eile tvirtinimų, iš esmės ekvivalenčių teoremai apie Rymano dzeta funkcijos nulių sritį. Ši teorema buvo gauta Vinogradovo metodu ir tvirtino, kad funkcija neturi nulių srityje

2000 m. Karacuba rado[37][38] atvirkščius sąryšius tarp įverčių ir funkcijos elgesio arti tiesės Be kita ko, jis įrodė, kad jei yra bet kokia nedidėjanti funkcija, tenkinanti sąlygą , kad su visais galioja įvertis

tai tuomet funkcija neturi nulių srityje

ir yra absoliučios teigiamos konstantos.

Rymano dzeta funkcijos maksimumo įverčiai iš apačios siaurose kritinės juostos srityse ir mažuose kritinės tiesės intervaluose[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba apibrėžė ir nagrinėjo[39][40] funkcijas ir , duotas lygybėmis

Čia yra pakankamai didelis teigiamas skaičius, Dydžių ir įverčiai iš apačios rodo, kiek dideles reikšmes funkcija gali įgyti trumpuose kritinės tiesės intervaluose arba kritinės juostos taškų mažose aplinkose. Atvejį anksčiau nagrinėjo Ramačandra (Ramachandra), o atvejis su pakankamai didele konstanta yra trivialus.

Be kita ko, Karacuba įrodė, kad jei ir reikšmės yra didesnės už kurias nors pakankamai mažas konstantas, tai tuomet su kuriomis nors absoliučiomis konstantomis ir galioja įverčiai

Dzeta funkcijos elgesys kritinėje tiesėje[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba gavo eilę naujų rezultatų[41][42] apie funkcijos , vadinamos Rymano dzeta funkcijos argumentu kritinėje tiesėje, elgesį. Čia yra bet kurios tolydžios šakos pokytis išilgai laužt{\. e}s, jungian{\v c}ios taškus , ir Tarp tų rezultatų yra funkcijos ir jos pirmojo integralo vidurkių teoremos realiosios ties{\. e}s intervaluose bei teorema, tvirtinanti, jog intervale su yra bent taškų, kuriuose funkcija keičia ženklą. Anksčiau panašius rezultatus atveju buvo gavęs Selbergas.

Dirichlė charakteriai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Trumpų charakterių sumų baigtiniuose kūnuose įverčiai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Šeštojo dešimtmečio pabaigoje Karacuba, vertindamas trumpas charakterių sumas, išvystė[43] naują metodą, leidžiantį gauti netrivialius trumpų charakterių sumų baigtiniuose kūnuose įverčius. Tegul yra fiksuotas sveikasis skaičius, yra neredukuojamas virš racionaliųjų skaičių kūno polinomas, yra lygties šaknis, yra atitinkamas kūno plėtinys, yra plėtinio bazė, , , ,…,. Tarkime, kad yra toks pakankamai didelis pirminis skaičius, kad polinomas yra neredukuojamas moduliu , yra Galua kūnas su baze ir yra nepagrindinis kūno charakteris. Pagaliau tegul yra kurie nors neneigiami sveikieji skaičiai, o yra tokia Galua kūno elementų

aibė, kad su kiekvienu , yra teisingos nelygybės

Karacuba įrodė, kad su kiekvienu fiksuotu , ir su bet kuriuo , tenkinančiu nelygybes

yra teisingas įvertis

čia , o konstanta priklauso tik nuo ir nuo bazės

Tiesinių charakterių sumų pastumtuose pirminiuose skaičiuose įverčiai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba sukŭrė eilę metodų, kurie kartu su Vinogradovo metodu sumų pagal pirminius skaičius įvertinimu, leido jam 1970 m.[44][45] įvertinti sumas su nepagrindiniu charakteriu pirminiu moduliu pastumtuose pirminiuose skaičiuose. Jis įrodė, kad

čia yra sveikasis skaičius, , yra kiek norint ma{\v z}as fiksuotas skaičius, , o konstanta priklauso tik nuo .

Šis tvirtinimas yra žymiai stipresnis negu Vinogradovo įvertis, kuris yra netrivialus, kai 1971 m. akademikas Jurijus Linikas (Linnik), kalbėdamas tarptautinėje skaičių teorijos konferencijoje, skirtoje Ivano Matvejevičiaus Vinogradovo aštuoniasdešimtmečiui, pažymėjo:

"Labai svarbūs yra Vinogradovo Dirichlė charakterių pastumtuose pirminiuose skaičiuose sumos

įverčiai su , , kai yra charakterio modulis. Tokie įverčiai yra nepaprastai svarbūs ir tiek gilūs, jog duoda daugiau negu išplėstinė Rymano hipotezė ir, atrodo, kad tai yra net gilesnis faktas už hipotezė. Neseniai šį įvertį patikslino A. A. Karacuba".

Minėtą rezultatą Karacuba išplėtė atveju, kai perbėga pirminius skaičius aritmetinėje progresijoje, kurios skirtumas auga kartu su moduliu

Charakterių sumų polinomuose su pirminiu argumentu įverčiai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba gavo[43][46] eilę įverčių charakterių sumoms antrojo laipsnio polinomuose atveju, kai polinomo argumentas perbėga trumpą vienas po kito einančių pirminių skaičių seką. Tarkime, jog yra pakankamai didelis pirminis skaičius, ir yra sveikieji skaičiai, susieti lygybe , o yra Ležandro simbolis. Tuomet su kiekvienu , , ir sumai

yra teisingas įvertis

Čia nuosekliai perbėga pirminius skaičius, yra pirminių skaičių, neviršijančių , skaičius, o yra konstanta, priklausanti tik nuo .

Panašų įvertį gavo ir tuo atveju, kai perbėga pirminius skaičius aritmetinėje progresijoje, kurios skirtumas gali augti kartu su moduliu .

Karacuba iškėlė hipotezę, kad netrivialus sumos su , kuris yra "mažas" lyginant su , įvertis išlieka teisingas tik tuomet, kai yra bet kurio laipsnio polinomas, nelygus kvadratui moduliu . Ši hipotezė yra iki šiol atvira.

Įverčiai iš apačios charakterių nuo polinomų sumoms[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba sudarė[47] begalinę pirminių skaičių seką ir polinomų laipsnio su sveikaisiais koeficientais seką, kuriose nėra pilnas kvadratas moduliu ,

ir

Kitaip tariant, su kiekvienu reikšmė yra kvadratinis likinys moduliu . Šis rezultatas įrodė, kad Andrė Veilio (Andrè Weil) įvertis

iš esmės negali būti patikslintas ir dešinioji nelygybės pusė negali būti pakeista, tarkime, reikšme su absoliučia konstanta .


Charakterių nuo adityviųjų sekų sumos[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Karacuba atrado naują metodą[48][49] kuris leido gauti pakankamai tikslius įverčius nepagrindinių charakterių nuo adityvių sekų sumoms. Tokios sekos yra sudarytos iš skaičių , kai kintamieji ir nepriklausomai vienas nuo kito perbėga kurias nors aibes ir . Bene charakteringiausias šios rūšies pavyzdys yra tvirtinimas, kuris buvo pritaikytas sprendžiant platų problemų, susijusių su Dirichlė charakterių reikšmių sumavimu, ratą. Tarkime, kad yra kiek norint mažas fiksuotas skaičius, , yra pakankamai didelis pirminis skaičius, o yra nepagrindinis charakteris moduliu . Be to, tegul ir yra bet kokie pilnosios likinių klasių sistemos moduliu poaibiai, tenkinantys sąlygas , Tuomet yra teisingas įvertis

Karacubos metodas leido gauti tokio pobūdžio įverčius ir kitais atvejais, kai anksčiau nurodytos sąlygos aibėms ir yra pakeičiamos kitomis, pavyzdžiui, kai

Atveju, kai ir yra pirminių skaičių atitinkamai iš intervalų ir aibės, , , galioja įvertis

Čia yra pirminių skaičių, neviršijančių , skaičius, , o yra absoliuti konstanta.

Laipsninių likinių klasių ir pirmykščių šaknų pasiskirstymas retose sekose[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

2000 m. Karacuba gavo[50][51] netrivialius Dirichlė charakterių sumų su svoriais įverčius, t. y., sumų, kurių dėmenys , ir yra natūralaus argumento funkcija. Tokio tipo įverčiai yra taikomi sprendžiant platų skaičių teorijos uždavinių, susijusių su laipsninių likinių klasių bei pirmykščių šaknų kai kuriose sekose pasiskirstymu, ratą.

Tegul yra sveikasis skaičius, yra pakankamai didelis pirminis skaičius, , , ir

Sumos asimptotinė formulė buvo pateikta skyrelyje apie Dirichlė daliklių daugiamates problemas. Funkcijos reikšmių sumoms ir pagal , kai yra kvadratiniai likiniai ir nelikiniai moduliu , Karacuba gavo tokias asimptotines formules

Panašiai, reikšmių pagal sumai , kai yra primityvioji šaknis moduliu , buvo gauta asimptotinė formulė

kurioje yra visi skaičiaus pirminiai dalikliai. Savo metodą Karacuba taip pat pritaikė laipsninių likinių (nelikinių) pasiskirstymo uždaviniams pastumtų pirminių skaičių , sveikųjų skaičių, turinčių pavidalą , ir kitose sekose.

Paskutiniųjų metų darbai[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

Paskutiniaisiais gyvenimo metais be skaičių teorijos tyrimų Karacuba nagrinėjo ir kai kurias teorinės fizikos problemas, ypač kvantinės kūnų teorijos srityje. Pritaikęs savo ATS teoremą ir kai kuriuos kitus skaičių teorijos metodus, jis gavo naujus rezultatus[52][53] apie Džeinso-Kamingso (Jaynes-Cummings) modelį kvantinėje optikoje.

Asmeninis gyvenimas[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

 Crystal Clear app personal.png  Šį biografinį straipsnį reikėtų sutvarkyti pagal Vikipedijos standartus.
Jei galite, prašome sutvarkyti šį straipsnį. Tik tada bus galima ištrinti šį pranešimą.
Priežastys, dėl kurių straipsnis laikomas nesutvarkytu, aiškinamos straipsnyje Nesutvarkyti straipsniai.
Pamyre

Jis buvo vedęs Dianą Vasiljevną Senčenko, buvusią tų pačių metų Maskvos valstybinio Lomonosovo universiteto Matematikos ir mechanikos fakulteto studentę. Dabar ji fizikos matematikos m. kandidatė, MVU Ekonomikos fakulteto matematinių metodų ekonomikoje katedros docentė. Jų duktė Jekaterina Anatoljevna Karacuba yra Dorodnicyno skaičiavimo centro vedančioji mokslo darbuotoja, profesorė, fizikos ir matematikos mokslų daktarė.

Visą savo gyvenimą Karacuba daug sportavo. Jaunystėje užsiiminėjo lengvąja atletika, vėliau speleologija ir kalnų turizmu. Yra vienuolika kartų kopęs į aukštesnes negu 7000 metrų viršukalnes.

  • Ismoilo Somonio viršukalnė (anksčiau TSRS), 1977 m. ir 1985 m.
  • Lenino viršukalnė, 1968 m. ir 1979 m.
  • Korženevskajos viršukalnė, 1980 m., 1982 m., 1983 m., 1985 m., 1986 m., 1988 m. ir 1991 m.

Keturis kartus jis įkopė į Elbruso viršukalnę. Kopė Kaukazo, Pamyro, ypač paskutiniais savo gyvenimo metais, bei Tiam-Šanio, Zailiski Alatau ir Tesky Ala-To kalnuose.

Kryme

Mėgo klasikinę muziką ir puikiai ją žinojo, ypač Johaną Sebastianą Bachą ir Antonijų Vivaldį. Regulairiai lankė koncertus Maskvos konservatorijoje, mėgo Svetoslavo Richterio, Leonido Kogano, Mstislavo Rostropovičiaus, Viktoro Tretjekovo, Andrejaus Korsakovo ir jo grupės "Koncertino", Vladimiro Ovčinikovo, Nikolajaus Luganskio koncertus.

Nuorodos[redaguoti | redaguoti vikitekstą]

  1. Moore, E. F.. „Gedanken-experiments on Sequential Machines.“. Automata Studies, Annals of Mathematical Studies, Princeton University Press, Princeton, N.J., (34), 129–153 (1956). 
  2. Karatsuba, A. A.. „Solution of one problem from the theory of finite automata“. Usp. Mat. Nauk (15:3), 157–159 (1960). 
  3. Karatsuba A., Ofman Yu.. „Multiplication of multidigit numbers on automata“. Soviet Physics-Doklady (7), 595–596 (1963.). 
  4. Karatsuba, A. A.. „Berechnungen und die Kompliziertheit von Beziehungen“. Elektronische Informationsverarbeitung und Kybernetik (11), 603–606 (1975). 
  5. Karatsuba, A. A.. „Complexity of Computations“. Proceedings of Steklov Math. Institute (211), 186–202 (1995). 
  6. Schonhage A., Strassen V., Schnelle Multiplikation grosser Zahlen, 1971, Computing, Vol.7, pages=281–292
  7. Strassen, Volker, Gaussian Elimination is not Optimal, Numer. Math. 13, p. 354—356, 1969
  8. Delahaye, Jean-Paul. „Mathematiques et philosophie“. Pour la Science (277), 100–104 (2000). 
  9. G. I. Archipov; V. N. Chubarikov. „On the mathematical works of professor A. A. Karatsuba“. Proc. Steklov Inst. Math., 218 (1997). 
  10. Karatsuba, A. A. (1975). Principles of analytic number theory.. Moscow: Nauka.
  11. G. I. Archipov, A. A. Karatsuba, V. N. Chubarikov (1987). Theory of multiple trigonometric sums.. Moscow: Nauka.
  12. A. A. Karatsuba, S. M. Voronin (1994). The Riemann Zeta Function.. Moscow: Fiz.Mat.Lit.. Knygos ISBN Lietuvoje yra „ISBN 3110131706“..
  13. Karatsuba, A. A. (1995). Complex analysis in number theory.. Knygos ISBN Lietuvoje yra „ISBN 0849328667“..
  14. Karatsuba, A. A.. „Estimates of trigonometric sums of a special form and their applications“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (137:3), 513–514 (1961). 
  15. Karatsuba, A. A.. „The Waring problem for the congruence modulo the number which is equal to the prime in power“. Vestn. Mosk. Univ. (1:4), 28–38 (1962). 
  16. Karatsuba, A. A.. „On the estimation of the number of solutions of certain equations“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (165:1), 31–32 (1965). 
  17. Karatsuba, A. A.. „Systems of congruences and equations of Waring type“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (1:4), 274–276 (1965). 
  18. G. I. Archipov, A. A. Karatsuba, V. N. Chubarikov. „Trigonometric integrals“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (43:5), 971–1003 (1979). 
  19. Karatsuba, A.A.. „The mean value theorems and complete trigonometric sums“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (30:1), 183–206 (1966). 
  20. I. M. Vinogradov, A. A. Karatsuba. „The method of trigonometric sums in number theory“. Proc. Steklov Inst. Math. (168), 4–30 (1984). 
  21. G. I. Archipov, A. A. Karatsuba, V. N. Chubarikov. „Theory of multiple trigonometric sums“. M.: Nauka (1987). 
  22. Karatsuba, A. A.. „On the function G(n) in Waring's problem“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Math. (49:5), 935–947 (1985). 
  23. G. I. Archipov, A. A. Karatsuba. „A multidimensional analogue of Waring's problem“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (295:3), 521–523 (1987). 
  24. Karatsuba, A.A.. „Waring's problem in several dimension“. Mathem. Forschungs, Oberwolfach, Tagungsbericht (42), 5–6 (1988). 
  25. G. I. Archipov, A. A. Karatsuba. „On local representation of zero by a form“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (45:5), 948–961 (1981). 
  26. Karatsuba, A. A.. „Analogues of Kloostermans sums“. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Math. (59:5), 93–102 (1995). 
  27. Karatsuba, A. A.. „Analogues of incomplete Kloosterman sums and their applications“. Tatra Mountains Math. Publ. (11), 89–120 (1997). 
  28. Karatsuba, A. A.. „Kloosterman double sums“. Mat. Zametki (66:5), 682–687 (1999). 
  29. Karatsuba, A. A.. „On the zeros of the function ζ(s) on short intervals of the critical line“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (48:3), 569–584 (1984). 
  30. Karatsuba, A. A.. „The distribution of zeros of the function ζ(1/2+it)“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (48:6), 1214–1224 (1984). 
  31. Karatsuba, A. A.. „On the zeros of the Riemann zeta-function on the critical line“. Proc. Steklov Inst. Math. (167), 167–178 (1985). 
  32. Karatsuba, A. A.. „On the number of zeros of the Riemann zeta-function lying in almost all short intervals of the critical line“. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Mat. (56:2), 372–397 (1992). 
  33. Karatsuba, A. A.. „On the zeros of the Davenport–Heilbronn function lying on the critical line“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (54:2), 303–315 (1990). 
  34. Karatsuba, A. A.. „On Zeros of the Davenport–Heilbronn Function“. Proc. Amalfi Conf. Analytic Number Theory, 271–293 (1992). 
  35. Karatsuba, A. A.. „On the zeros of arithmetic Dirichlet series without Euler product“. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Mat. (57:5), 3–14 (1993). 
  36. Karatsuba, A. A.. „Uniform estimate of the remainder in the problem of Dirichlet divisors“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (36:3), 475–483 (1972). 
  37. Karatsuba, A. A.. „The multidimensional Dirichlet divisor problem and zero free regions for the Riemann zeta function“. Functiones et Approximatio (XXVIII), 131–140 (2000). 
  38. Karatsuba, A. A.. „On a relation between the multidimensional Dirichlet divisor problem and bounds of the zeros of ζ(s)“. Mat. Zametki (70:3), 477–480 (2001). 
  39. Karatsuba, A. A.. „Lower bounds for the maximum modulus of ζ(s) in small domains of the critical strip“. Mat. Zametki (70:5), 796–798 (2001). 
  40. Karatsuba, A. A.. „Lower bounds for the maximum modulus of the Riemann zeta function on short segments of the critical line“. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Mat. (68:8), 99–104 (2004). 
  41. Karatsuba, A. A.. „Density theorem and the behavior of the argument of the Riemann zeta function“. Mat. Zametki (60:3), 448–449 (1996). 
  42. Karatsuba, A. A.. „On the function S(t)“. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Mat. (60:5), 27–56 (1996). 
  43. 43,0 43,1 Karatsuba, A. A.. „Character sums and primitive roots in finite fields“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (180:6), 1287–1289 (1968). 
  44. Karatsuba, A. A.. „On estimates of sums of characters“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (34:1), 20–30 (1970). 
  45. Karatsuba, A. A.. „Sums of characters with prime numbers“. Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Mat. (34:2), 299–321 (1970). 
  46. Karatsuba, A. A.. „Sums of characters in sequences of shifted prime numbers, with applications“. Mat. Zametki (17:1), 155–159 (1975). 
  47. Karatsuba, A. A.. „Lower estimates of sums of polynomial characters“. Mat. Zametki (14:1), 67–72 (1973). 
  48. Karatsuba, A. A.. „Distribution of power residues and nonresidues in additive sequences“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (196:4), 759–760 (1971). 
  49. Karatsuba, A. A.. „The distribution of values of Dirichlet characters on additive sequences“. Dokl. Akad. Nauk SSSR (319:3), 543–545 (1991). 
  50. Karatsuba, A. A.. „Sums of characters with prime numbers and their applications“. Tatra Mountains Math. Publ. (20), 155–162 (2000). 
  51. Karatsuba, A. A.. „Weighted character sums“. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Mat. (64:2), 29–42 (2000). 
  52. A. A. Karatsuba, E. A. Karatsuba. „Application of ATS in a quantum-optical model“. Analysis and Mathematical Physics: Trends in Mathematics, 211–232 (2009). 
  53. A. A. Karatsuba, E. A. Karatsuba. „A resummation formula for collapse and revival in the Jaynes–Cummings model“. J. Phys. A: Math. Theor. (42), 195304, 16 (2009). DOI:10.1088/1751-8113/42/19/195304.