It is known that there exist mathematical problems of practical relevance which cannot be computed on a Turing machine. An important example is the calculation of the first derivative of continuously differentiable functions. This paper precisely classifies the non-computability of the first derivative, and of the maximum-norm of the first derivative in the Zheng-Weihrauch hierarchy. Based on this classification, the paper investigates whether it is possible that a Turing machine detects this non-computability of the first derivative by observing the data of the problem, and whether it is possible to detect upper bounds for the peak value of the first derivative of continuously differentiable functions. So from a practical point of view, the question is whether it is possible to implement an exit-flag functionality for observing non-computability of the first derivative. This paper even studies two different types of exit-flag functionality. A strong one, where the Turing machine always has to stop, and a weak one, where the Turing machine stops if and only if the input lies within the corresponding set of interest. It will be shown that non-computability of the first derivative is not detectable by a Turing machine for two concrete examples, namely for the problem of computing the input--output behavior of simple analog circuits and for solutions of the three-dimensional wave equation. In addition, it is shown that it is even impossible to detect an upper bound for the maximum norm of the first derivative. In particular, it is shown that all three problems are not even semidecidable. Finally, we briefly discuss implications of these results for analog and quantum computing.
翻译:已知存在实际相关性的数学问题,无法在图灵机器上计算出来。 一个重要的例子就是计算持续差异函数的第一个衍生物的首个衍生物。 本文精确地分类了第一个衍生物的不可计算性, 以及郑怀赫拉乌等级中第一个衍生物的最大向量。 基于此分类, 本文调查了图灵机器通过观察问题的数据来检测第一个衍生物的非可计算性的可能性, 以及能否检测到持续差异函数第一个衍生物的峰值的上限。 因此, 从实际角度来看, 本文准确地分类了第一个衍生物的不可计算性, 以及第一个衍生物的最大向量的不可计算性。 本文甚至调查了两种不同的退出源的功能。 一个强的, 图灵机器总是必须停止使用, 一个弱的, 图灵机首先可以停止使用, 只有当输入的值处于相应的利益范围之内, 并且我们才能检测到第一个可持续差异函数的顶值值值值值值值值值值。 因此, 即使从一个实际观点来看, 第一个衍生物的不可计算出第一个衍生物的顶值功能功能功能的顶部功能功能功能, 也无法计算出, 预算三个 的直路路路的,, 的预测测测测测测测算的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的, 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的