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AI宣布森多夫猜想告破!陶哲轩发现它隐藏的更强结果

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来源:机器之心

随着 AI 推理能力迎来井喷式的发展,数学研究正在经历一场深刻变化。那些曾经困扰人类数十年的未解难题,正在 AI 的辅助下加速解决。

这不,又有一个至今约 70 年的数学猜想:森多夫猜想,被一位名叫 Lech Mazur 的初创科技公司 CEO,借助 AI 完成了证明。

证明论文题为「A Computer-Assisted Proof of Sendov's Conjecture」,作者 Lech Mazur 宣布:森多夫猜想对所有次数 n≥2 成立,证明在 GPT-5.6 Pro 辅助下完成,配有约 9 万行 Lean 4 形式化代码。


论文链接:https://www.proofatlas.ai/papers/sendov-conjecture/SENDOV_CONJECTURE_PROOF_AUGUST_5_2026.pdf

8 月 12 日,陶哲轩在博客发文,称自己花了数天时间(同样在大量 AI 辅助下)将这份证明消化、简化并重新形式化,新版 Lean 代码缩减到约 1.5 万行。


博客链接:https://terrytao.wordpress.com/2026/08/12/a-digestion-of-the-proof-of-sendovs-conjecture/

更关键的是,他发现整理后的论证实际上证明了一个更强的命题,1972 年提出的 Phelps-Rodriguez 猜想也随之被解决。

这意味着,复分析领域最著名的公开问题之一,在 AI 的参与下一次性画上了句号。

森多夫猜想:

一个优雅到令人沮丧的问题

森多夫猜想由保加利亚数学家 Blagovest Sendov 于 1958 年前后提出,陈述极其简洁:

设 p (z) 是一个 n 次复多项式(n≥2),其所有零点都在闭单位圆盘内(即 |z|≤1)。那么,对 p 的任意零点 a,至少存在一个临界点 w(即导数 p'(z) 的零点),使得 |w - a| ≤ 1。


换一种说法:如果一个复系数多项式的所有根都位于单位圆内,那么每一个根附近,是否一定存在一个距离不超过 1 的临界点?


示意图由 AI 生成

这个猜想的背景来自经典的高斯 - 卢卡斯定理(Gauss-Lucas theorem)。该定理说:多项式的所有临界点都落在其零点构成的凸包内部。这是一个整体性结论,而森多夫猜想问的则是局部版本。

一个直观的物理图像有助于理解:把零点想象成平面上的电荷,临界点可以类比为这些电荷产生的平衡点。高斯 - 卢卡斯定理说平衡点不会跑出电荷围成的区域,森多夫猜想则说每个电荷的「一步之内」必有平衡点。

猜想中的常数 1 是不可改进的。考虑多项式 p (z) = z^n - 1,其零点是 n 个单位根,唯一的临界点是 n-1 重的原点,每个零点到最近临界点的距离恰好等于 1。这个例子,也正是更强的 Phelps-Rodriguez 猜想必须将 |a|=1 且 p 是 z^n - a^n 的倍数这一族排除在外的原因。


这两个猜想在 a=1 情形下都已得到证实,因此可以将其限制在 0≤a≤1 情形下。这两个猜想均可由此得出:


尽管陈述简洁,森多夫猜想的证明进度却极为缓慢:

  • 1969 年,Meir 和 Sharma 证明 n<6 的情形

  • 1991 年,Brown 推进到 n<7

  • 1996 年,Borcea 推进到 n<8

  • 1999 年,Brown 和 Xiang 推进到 n<9,此后 20 多年再无低次数进展

  • 2020 年,陶哲轩在 Acta Mathematica 上证明「充分大的 n」成立,但论证使用了解析延拓等定性工具,无法给出显式的次数阈值

  • 2026 年初,华人数学家 Teng Zhang(Tang-Zhang 猜想的提出者之一)将陶哲轩的阈值显式化到 10^200000

Lech Mazur 并非学术界的职业数学家。他是一家创业公司的创始人兼 CEO,同时也是 ProofAtlas 平台的创建者,该平台定位为「AI-first formal mathematics」,将可视化解释、形式化陈述、完整源码、依赖关系和反驳路径汇聚在一张不断生长的证据图谱中。

按论文自身的说明,AI 参与的环节包括数学探索、证明发展、测试和审查。最终产出的 Lean 4 形式化代码约 9 万行。

证明思路到更强猜想

陶哲轩在博客中对证明进行了完整的消化和重组。他说:这种消化带来的一个结果是,该论证实际上证明了猜想 3 ,从而在完全普遍意义上解决了 Sendov 猜想和 Phelps-Rodriguez 猜想。

整个论证走反证法。

核心设定: 假设存在反例。设 n 次多项式 p 的零点都在闭单位圆盘内,但存在某个零点 a,其距离 1 以内没有任何临界点。

第一步:归一化。 通过旋转,将 a 变为 [0,1) 区间上的实数。再将临界点 w_j 改写为倒数坐标 q_j = 1/(a - w_j)。「距离 1 以内没有临界点」恰好变为所有。于是反例被打包成圆盘中的两组点:其余零点 z_j 和倒数临界点 q_j。

第二步:建立「通讯恒等式」。 陶哲轩将核心的四条关系称为 communication identities:质心恒等式(零点质心 = 临界点质心)、极化恒等式、第一原点恒等式、第二原点恒等式。这些恒等式通过在几个自然位置求值多项式 p 及其导数得出。

此后出现了一个意外的转折:多项式 p 本身不再出场。 矛盾完全从「两组点都在单位圆盘内」加上这四条恒等式推出。

第三步:分支点。 极化恒等式结合 Möbius 变换的估计,导出一个关键的积分下界:


这是整个论证唯一用到 a 为实数的地方,也是此后论证分叉的起点。

低次数(n ≤ 5)在此直接结束:用标量 X (t) = a + (1-a^2) t 控制被积函数的每一项,得到的积分在 0 < a < 1、m ≤ 4 时严格小于 1,与上述下界直接矛盾。

高次数(n ≥ 5)则需要同时建立两个不等式。一个是从上述积分经 AM-GM 不等式松弛得到的「极化不等式」,另一个是从第一、第二原点恒等式结合质心恒等式推出的「原点不等式」。

两个不等式对核心参数(q_j 均值的实部 x 和参数
划定的可行域互不相容。对 n ≥ 101 的情形,可以解析地证明两个不等式不可能同时成立;5 ≤ n ≤ 100 的区间则用精确有理数的 Bernstein 多项式证书完成数值验证,全程由 Lean 检验。

边界情形(|a|=1)虽由 Rubinstein 早已解决,但陶哲轩用同一套框架给出了新证明。

此时极化恒等式退化(因为 1-a^2=0),改用 Meir-Sharma 恒等式。由此得到
,再结合的半平面界,逐项强制 q_j = 1,从而推出 p 必须是的形式。这一分析精确刻画了等号成立的条件,正是 Phelps-Rodriguez 猜想中需要排除的极端情形。

陶哲轩的评价是:「证明令人惊讶地初等。除了代数基本定理和 Möbius 变换的基本性质外,没有用到任何复分析工具;最深的不等式输入只是 Maclaurin 不等式(而且只需要其可由算术 - 调和平均不等式加归纳推出的特殊情形)。」

陶哲轩消化的一个关键发现是:整理后的论证实际上证明了比森多夫猜想更强的「内部形式」。

Phelps-Rodriguez 猜想(1972)在森多夫猜想的基础上要求距离严格小于 1,除非 a 在单位圆周上且 p 是 z^n - a^n 的标量倍。由于证明的边界情形分析精确刻画了等号成立的条件,这个更强猜想作为推论直接得出。

陶哲轩将整个论证重新形式化为约 1.5 万行 Lean 代码,已开源在 GitHub。


开源链接:github.com/teorth/sendov

AI 在数学中的角色正在改变

第一,证明者的身份。Lech Mazur 不是职业数学家,但借助 AI 工具完成了困扰专业学者数十年的问题。正如知乎上 Tang-Zhang 猜想提出者之一 Teng Zhang 的感慨:「Sendov 猜想是我博士期间的课题,它被用 AI 解决了,我的青春结束了。」

第二,人机协作的模式。Mazur 用 AI 生成证明并形式化验证(9 万行 Lean),陶哲轩再用 AI 辅助消化、简化和重新形式化(1.5 万行 Lean)。AI 既是探索工具也是验证工具,人类数学家的角色转向判断、提炼和联结。

第三,形式化验证的信任基础。在传统数学中,一份证明的可信度依赖同行评审。Lean 形式化提供了另一种信任路径:如果类型检查器通过了,证明中的每一步都是逻辑上严格的。对于 AI 生成的证明,这一点格外重要。

陶哲轩在博文末尾列出了仍然开放的相关猜想,包括 Borcea 猜想、Schmeisser 猜想和 Smale 问题,并坦言「我确实也尝试用 AI 工具攻击这些问题,但没有取得显著成功」。

AI 能证明定理了,但远未结束。被解决的问题打开的往往是更多的问题。

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