数学的各个分支里经常会有一些意想不到的联系。
数理逻辑有一个分支叫模型论(Model Theory),有一个slogan是 Model theory = Universal Algebra + Logic,而另一个说法是Model theory = Algebraic Geometry - Fields。
后一种说法的一个最强有力的例子是 Ehud Hrushovski 在1996年对函数域上Mordell-Lang猜想的证明 (JAMS)。Mordell conjecture是Faltings最著名的工作之一,而这个结果是Faltingss theorem的一个很强的推广。Hrushovski 的证明的主要工具是来自模型论的。
当然,想理解这种不同分支中的联系就已经需要对这两个分支有很深入了解 ... 初学者大概是很难看到的
有用。下面举个例子。
我之前在我的很多回答里提到了图论中的regularity lemma,Szemeredi凭借他获得了Abel奖,Gowers获得Fields奖的工作之一是通过泛函分析构造了关于regularity的精巧的反例,Tao获得菲尔兹奖的主要工作,Green-Tao定理也是通过改进regularity lemma证明的。总之这个lemma是图论中很重要的结论,在数论中有很多应用。
这个lemma是说,我们有一个任意大的图,可以分解成常数部分,其中几乎每两部分之间都像一个随机图。
但是在原始证明中,这个所谓的「常数」部分太大了,是一个Tower Function,大概有 ,高度为 。数学家们非常想知道,这个界能不能缩小到 ,其中 是某个多项式。Gowers [1]用泛函分析,精巧的构造了反例,证明这个Tower Function是必须的。这个反例用图论的语言,我们一般叫Half Graph:对于上方的点,每个点只与其后方的下面的点相连。