¿Cuáles son algunas declaraciones matemáticas no triviales que son demostrablemente imposibles de probar?

El más antiguo es, por supuesto, el postulado paralelo, que no se puede probar a partir de los otros axiomas de la geometría euclidiana. (Naturalmente, hay enunciados equivalentes que podrían usarse para probar el postulado paralelo al adoptarlos como axiomas en su lugar. Pero “demostrable” es siempre un término relativo, no un absoluto).

La hipótesis del continuo: no hay una cardinalidad establecida estrictamente mayor que la de los números naturales y estrictamente menor que los números reales.

El Axioma de Elección, que es independiente de los otros axiomas de la teoría de conjuntos ZF. (Alternativamente, uno podría comenzar con el principio de buen orden).

También es imposible demostrar la unicidad de los números reales utilizando solo la lógica de primer orden, ya que según el teorema de Lowenheim-Skolem, existe un modelo contable para cualquier teoría contable de primer orden. (Imposibilidad adicional: probar que los enteros son contables, usando solo lógica de primer orden).

Sin embargo, su declaración de la pregunta también permite declaraciones que son imposibles de probar porque son falsas. Hay algunos ejemplos muy interesantes en esta categoría (además de muchas declaraciones falsas sin interés):

“La máquina Turing H acepta el lenguaje que consiste en todos los pares (T, x), donde T es una descripción de una máquina Turing que se detiene en la entrada x” para cualquier máquina H.

“A ^ N + B ^ N = C ^ N” para cualquier número entero positivo A, B, C y N> 2.

“El mapa M requiere 5 colores”. para cualquier mapa plano

“El algoritmo X resuelve el problema de coordinación asincrónica incluso en presencia de falla”.

Las otras respuestas dadas aquí son correctas hasta donde llegan, pero las imposibilidades más consecuentes que se derivan de lo que el interlocutor considera como oraciones triviales indecidibles son

  • Probar la consistencia de un sistema de primer orden que admite la numeración de pruebas de Gödel dentro de ese sistema (segundo teorema de incompletitud de Gödel)
  • Definir la verdad dentro de un sistema que admite la numeración de oraciones de Gödel. (Teorema de indefinibilidad de Tarski)

Las oraciones de Gödel tienen la interpretación de que son indecidibles. El teorema de Gödel dice que si el sistema que los define es consistente, tales oraciones son de hecho indecidibles y, por lo tanto, verdaderas. Si el sistema pudiera demostrar su coherencia, podría demostrar que estas oraciones son verdaderas y, por lo tanto, obviamente indecidibles y decidibles, haciéndolas falsas y, por lo tanto, tal prueba de coherencia garantizaría que el sistema fuera inconsistente.

Si la verdad tuviera una definición algorítmica en dicho sistema, entonces la misma construcción de Gödel produciría oraciones que no son ni verdaderas ni falsas, violando la definición de verdad y haciendo que el sistema sea inconsistente.

No hay contradicciones triviales, ni amenazas de contradicción. Cualquier contradicción individual destruiría el sistema que la produjo, permitiendo probar cualquier oración, verdadera o falsa. Bertrand Russell estaba explicando esto en una conferencia cuando fue desafiado a comenzar desde [matemáticas] 2 + 2 = 3 [/ matemáticas] y demostrar que era el Papa.

Muy bien, [matemáticas] 2 + 2 = 3 [/ matemáticas], por lo tanto, [matemáticas] 2 = 1 [/ matemáticas]. El Papa y yo somos dos, por lo tanto, somos uno. Yo soy el papa

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Algunos clásicos:

Cada espacio vectorial tiene una base.

Cada conjunto puede estar bien ordenado.

Hay un conjunto con más elementos que los naturales pero menos que los reales.