數學的各個分支裏經常會有一些意想不到的聯繫。
數理邏輯有一個分支叫模型論(Model Theory),有一個slogan是 Model theory = Universal Algebra + Logic,而另一個說法是Model theory = Algebraic Geometry - Fields。
後一種說法的一個最強有力的例子是 Ehud Hrushovski 在1996年對函數域上Mordell-Lang猜想的證明 (JAMS)。Mordell conjecture是Faltings最著名的工作之一,而這個結果是Faltingss theorem的一個很強的推廣。Hrushovski 的證明的主要工具是來自模型論的。
當然,想理解這種不同分支中的聯繫就已經需要對這兩個分支有很深入瞭解 ... 初學者大概是很難看到的
有用。下面舉個例子。
我之前在我的很多回答裏提到了圖論中的regularity lemma,Szemeredi憑藉他獲得了Abel獎,Gowers獲得Fields獎的工作之一是通過泛函分析構造了關於regularity的精巧的反例,Tao獲得菲爾茲獎的主要工作,Green-Tao定理也是通過改進regularity lemma證明的。總之這個lemma是圖論中很重要的結論,在數論中有很多應用。
這個lemma是說,我們有一個任意大的圖,可以分解成常數部分,其中幾乎每兩部分之間都像一個隨機圖。
但是在原始證明中,這個所謂的「常數」部分太大了,是一個Tower Function,大概有 ,高度為 。數學家們非常想知道,這個界能不能縮小到 ,其中 是某個多項式。Gowers [1]用泛函分析,精巧的構造了反例,證明這個Tower Function是必須的。這個反例用圖論的語言,我們一般叫Half Graph:對於上方的點,每個點只與其後方的下面的點相連。