人工知能（AI）は、数学的推論において顕著な進展を示しているが、その数学研究の実践への統合は依然として限定的である。本研究では、AI数学者（AIM）システムが単なる問題解決ツールとしてではなく、研究パートナーとして機能する可能性に着目する。均質化理論における難解な問題を対象とし、AIMの自律的推論経路を分析するとともに、意図的な人間の介入を導入して発見プロセスを構造化する。問題を扱いやすい部分問題に段階的に分解し、適切な解析手法を選定し、中間結果を検証するという反復的プロセスを通じて、人間の直感と機械的計算がどのように互いに補完し合うかを明らかにする。この協働的アプローチにより、得られた証明の信頼性、透明性、解釈可能性が向上し、同時に人間による形式的厳密性と正しさの監視が維持される。本手法は完全かつ検証可能な証明の構築を可能とし、より広くは、体系的な人間とAIの共同推論が数学的発見の前線を推進する可能性を示している。