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对不起楼主,由于本人是新手,无发贴的权利,只好将我的一篇论文登在此处,与大家探讨。
9 p# L B! t: |+ ]用求根方法巧妙证明费马猜想
/ ] j2 d, @% H8 i( K作者:刘孝强& y& k! a6 ?. U
一、费马猜想简介:
$ t1 ]; j7 m% A1.费马猜想: 当整数n > 2时,关于x, y, z的不定方程 x^n + y^n = z^n无正整数解。
- e$ e1 C$ w8 {: R: j. c9 T2.费马在阅读丢番图《算术》拉丁文译本时,曾在第11卷第8命题旁写道:“将一个立方数分成两个立方数之和,或一个四次幂分成两个四次幂之和,或者一般地将一个高于二次的幂分成两个同次幂之和,这是不可能的。关于此,我确信已发现了一种美妙的证法,可惜这里空白的地方太小,写不下。”(拉丁文原文: "Cuius rei demonstrationem mirabilem sane detexi. Hanc marginis exiguitas non caperet.")毕竟费马没有写下证明,而他的其它定理对数学贡献良多,由此激发了许多数学家对这一猜想的兴趣。数学家们的有关工作丰富了数论的内容,推动了数论的发展。) N' _3 t6 K: h! f5 |+ M# [: x4 u
3.这个猜想,本来又称费马最后定理,由17世纪法国数学家费马提出,而当时人们称之为“猜想”,并不是真的相信费马已经证明了它。虽然费马宣称他已找到一个绝妙证明,但经过三个半世纪的努力,这个世纪数论难题才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁•怀尔斯和他的学生理查•泰勒于1995年成功证明。证明利用了很多新的数学,包括代数几何中的椭圆曲线和模形式,以及伽罗华理论和Hecke代数等,令人怀疑费马是否真的找到了正确证明。而安德鲁•怀尔斯(Andrew Wiles)由于成功证明此猜想,获得了1998年的菲尔兹奖特别奖以及2005年度邵逸夫奖的数学奖。
+ m. |) E+ ]& W8 T- n, ?5 Q; h甚至有许多数学家断言:费马猜想不可能用初等数学的方法证明。8 [( {+ C9 k2 U( A% |
二、求根方法证明费马猜想简介:
0 h7 E4 v/ [! P, F& K$ l2 {& Q安德鲁•怀尔斯的证明十分繁琐,而本人以下的证明十分简明。
7 j& K0 P* U, u; T! V1.我们知道费马猜想即:当n > 2时,不定方程x^n + y^n = z^n 没有正整数解。为了证明这个结果,只需证明方程x^4 + y4^ = z^4 (x , y,z) = 1和方程x^p + y^p = z^p (x , y,z) = 1[p是一个奇素数]均无正整数解即可。. W# I4 w- L, Z, i
n = 4的情形已由莱布尼茨和欧拉解决。 O3 H7 ~: j3 S& K- h6 z% {
现在本人用求根方法来证明x^p + y^p = z^p ,(x , y,z)= 1[p是一个奇素数]无正整数解。7 t$ V( \% q) i8 n5 O' I/ e/ W5 O
因(x , y,z)= 1,很容易证明x和 y,要么均为奇数,要么为一奇一偶。
9 Z, B* M$ Q! G, r0 u S* Z2.为了证明简单明了,我们先来看p=3的情形。我这种证明方法可推出p为任何奇素数的对费马猜想的一般证明:当p≥3的素数时,x^n+y^n=z^n无正整数解。
7 i9 ?$ x8 j/ ]& {1 j, x4 ^用反证法。假定 x^3+y^3=z^3有正整数解。有x和 y要么均为奇数,要么为一奇一偶。不妨假设y为奇数。那么有:. \, s3 `6 D) q7 I6 |
z^3 = x^3 + y^3=(x + y)(x^2 + y^2-xy)。9 A0 E- t' Z) m
设x^2 + y^2-xy=A,即x^2 -xy + y^2-A =0,把此式看成关于x的一元二次方程。& K# V' H5 `4 H3 X0 d
为了后面的证明,我把x^2 -xy + y^2-A =0这样的方程称为标准方程。( g: @ O% g8 O9 L! x
即求x^2 -xy +y^2-A =0的解。用求根公式,有x=-(-y)±√(-y)^2-4(y^2-A)/2(注:√表示根号)= y±√(-y)^2-4y^2+4A/2= y±√4A-3y^2/2= y±√4(x^2 + y^2-xy)-3y^2/2= y±√(2x -y)^2/2。因(2x -y)^2≥0,所以方程在实数范围内有根。这里需要讨论:
- |3 z V2 c) V) ?9 E2 `7 m(1)当2x -y>0时,因x= y±√(2x -y)^2/2,可得x=x,或x = y/2 即y= 2x(这与2x -y>0相矛盾,舍去)。9 Q6 p- E. _/ [9 l2 h
(2)当2x -y<0时,因x= y±√(2x -y)^2/2,可得x=x,,或x = y/2 即y= 2x(这与2x -y<0相矛盾,舍去)。' N" e/ y8 ^3 F, s
(3)当2x -y=0时,因x= y±√(2x -y)^2/2,可得y= 2x。0 n) J9 D) M+ H% }# }# ?0 T/ L
综合上面三种情况:在实数范围内,x^2 -xy + y^2-A =0有实根x=x或x = y/2 即y= 2x。
1 t0 r+ T$ I: B但显然在正整数范围内,因y= 2x,有y为偶数,与前面假设y为奇数相矛盾。也就是说x^3+y^3=z^3在正整数范围内无解。
; R1 U) F0 V, ^( ^2 d8 p$ v为进一步明白我的思路,现在来看x^5 + y^5=z^5的情况。这时有x和 y要么均为奇数,要么为一奇一偶。不妨假设y为奇数。那么:
9 v5 n4 H8 t1 [1 kZ^5= x^5 + y^5=(x + y)(x^4 + xy^3-x^2y^2+ x^3y+y^4)$ j" s+ B, [) I9 q7 ]
设x^4 + xy^3-x^2y^2+x^3y+ y^4=M,又设x^4-x^2y^2+ y^4=M- xy^3 -x^3y =C,即x^4+ y^4-x^2y^2- C = 0,用代元法,设x^2=X ,y^2=Y,有:X^2+ Y^2-XY- C = 0,这就成了标准方程,从而可用证明标准方程的方法进行证明即可。采用上面的方法,在实数范围内,有由X = X或X= Y/2 即Y= 2X。但在正整数范围内,由Y= 2X,有y^2= 2x^2,这时y为偶数,与前面假设y为奇数相矛盾。也就是说x^5+y^5=z^5在正整数范围内无解。: _: G: z& H6 D6 ~4 P7 `. I
现在来看费马猜想的一般情形:同样用反证法。假定x^P+y^P=z^P(p是一个奇素数)有正整数解。这时有x和 y要么均为奇数,要么为一奇一偶。不妨假设y为奇数。那么因z^P=x^P-y^P=(x + y)(x^P-1+xy^p-2+…- x ^p-1/2y^p-1/2+…+ x^P-2y+ yP-1),设(x^P-1+xy^p-2+…- x ^p-1/2y^p-1/2+…+ x^P-2y+ y^P-1)=C,即x^P-1+…- x^ p-1/2y^p-1/2+…+ x^P-2y + y^P-1-C=0,设D=C-(xy^p-2+…+ x^P-2y),采用上面的方法很容易推出方程:x^P-1-x^p-1/2y^p-1/2+y^P-1-D=0,用代元法设x^ P-1/2=X ,y^p-1/2=Y,有:X^2+ Y^2-XY- D = 0,这就成了标准方程,从而按证明标准方程的方法就可以证明:x^P+y^P=z^P(p是一个奇素数)无正整数解。8 d; J+ g5 P0 H
证毕。, j& d: x" P& l" R1 t
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2010年12月3日
y2 J! o2 y: E" h2 H; S6 b y. h+ c, H/ Z0 x- n: |: s5 x
(作者单位:四川省万源市太平镇。QQ号:516030331)
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