“不能被证明,就无法称之为定理。虽然费马主张‘当n≥ 3 时,没有自然数解’,但却没留下证明过程。数学领域的主张,也就是我们所说的命题,未经证明的话只不过是猜想而已。在‘费马大定理’得到证明以前,应该称它为‘费马的猜想’才对。”
“喔……这样啊。哥哥,我还有个问题。这里列出了费马大定理的证明时间表……”尤里翻开书。
(A,B,C) = (a2,b2,c2)
“都说尤里你不笨了。—— 费马在数学书的空白处留下的笔记是种暗示。”
“除了专业的数学家以外,是没人能理解那些数学界最尖端的问题的。别说解答问题了,连问题的含义都没法理解。但费马大定理不同,谁都能理解问题的含义,但是却连数学家都解不开它。”
“诶,是这样啊。数学家不就是那种绝对不会犯错的好学生吗?”
“可以啊。”我把目光从笔记本上移开,抬头看向她。
“诶?为什么啊?”
话说回来,作为我们谈论的出发点,我们是以 FLT(3) 为前提的。
那么,由 (a,b,c) 的定义可知,下面等式成立。
“哦,我知道了。 —— 咦?表上缺了 FLT(6) 啊!”
“费马大定理指的是,在
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费马大定理
当n≥ 3 时,以下方程式不存在自然数解。
前提:“方程式x3 +y3 =z3 不存在自然数解。”
“人家正感动呢,别逗人家笑喵!”
“这么说来,尤里你在考试的时候有过计算错误吗?”
“尤里……确实可能是这样,不过狄利克雷肯定没能证明 FLT(7) 啊……”
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“尤里很聪明哦……真的是一只聪明的小猫女哦。”
“原来如此,也就是说,如果x6 +y6 =z6 存在自然数解,那么就能由这个结论推出x3 +y3 =z3 的自然数解喽?”
我们用反证法。作为前提,我们假设已经证明了“方程式x3 +y3 =z3 不存在自然数解”。
这就矛盾了吧。因此我们根据反证法,否定了反证法的假设。这样,我们就证明了“方程式x6 +y6 =z6 不存在自然数解”。
“数学家在思考的过程中也会犯很多错误的。当然,最后完成的论文有错就麻烦了……”
这个等式可以像下面这样变形。
“能明白的,我们用反证法。”
“这个嘛……我认为主要原因有三个。”我说。
“咦?哥哥,这本书里说费马是‘业余人士’啊!”尤里把她正在看的书拿给我看。
要说为什么,因为x6 = (x2)3。要凑出 6 次方,就用 2 次方的 3 次方就可以了。这就是指数运算法则。接下来我们定义自然数A,B,C,如下所示。
“那就是‘费马大定理’吗?”
(a2)3 + (b2)3 = (c2)3
“没错,刚才的内容还能推广到一般的情况,也就是说,想证明当n≥ 5 时 FLT(n) 成立的时候,没必要一个个去证明所有的n。只要证明当质数p= 5, 7, 11, 13……时,FLT(p) 成立就可以了哦。”
“诶?但是欧拉证明的不是 FLT(3) 吗?”
也就是说,(A,B,C) 是方程式x3 +y3 =z3 的自然数解。
“计算错误基本没有,不过经常有不能一下子解开问题的时候。因为人家笨嘛。”
这样一来……
“为什么费马大定理这么有名啊?”
“不过啊,尤里。数学应该不只是这样。在追寻到严谨的逻辑之前,有时也会在森林中迷路哦。”
“啊,这样啊。”尤里耸了耸肩,“话说回来,数学家们还真能想啊,哥哥。感觉这种天衣无缝的理论好舒服啊,怎么说呢,这种没有退路的感觉……让人兴奋得颤抖!就像推理电视剧似的。数学这东西,竟然能用严谨的逻辑来处理……嗯,嘿咻……”
“虽然费马大定理涉及了所有大于等于 3 的n,但 FLT(3) 指的是单独涉及n= 3 这个情况的命题。也就是说,FLT(3) 所指的命题是‘不存在满足方程x3 +y3 =z3 的一组自然数 (x,y,z)’。”
“人们一般都会这么想。 ——不过费马可是 17 世纪顶尖的数学家啊。”
“费马于 1637 年左右留下这个问题,而怀尔斯于 1994 年才提交论文证明了它。经过怀尔斯的证明,费马大定理才真正成为了定理。”
“能证明 FLT(3) 也就证明了 FLT(6) 啊。”
“那是因为费马并没有把数学家作为职业。在他生活的年代,专业的数学家很少。费马是一名律师,出于个人兴趣,利用闲暇时间研究数学。不过,这本书中把研究出当时最先进的数学的人称为‘业余人士’,会引人误会的……费马在数学书的空白处写下了好些问题,没想到这些问题成了‘超越时空的题集’。后世的数学家们虽然渐渐解开了费马遗留的问题,但还剩下一个问题,谁都没能把它解开。”
“这里写的 FLT(3) 和 FLT(4) 是什么?”
11 月的某个周六下午,尤里又如往常一样来了我家。我们吃了手抓肉饭以后,她就在我的房间懒懒散散地读着书,我则写着有限域的运算表。
“这不是证明不了还嘴硬的表现吗?”
“嗯,虽然人家很笨,不过人家也明白费马大定理的含义。”
尤里抬起纤细的手臂,向上伸了个懒腰,简直就像只苗条的猫咪。
“嗯,然后呢?”
a6 +b6 =c6
“嗯。”
1费马大定理又称为“费马最后定理”。 —— 译者注
“尤里真棒,没有一下带过,而是认真地确认了内容呢。”
“才不是呢,尤里。”我说,“都说了你不笨。我……不,哥哥我啊,知道尤里不笨,所以你不准说这种话。尤里很聪明的哦。”
推导出的命题:“方程式x3 +y3 =z3 存在自然数解。”
“哥哥……”
“喵呼……都说了人家会害羞的!”
“诶?只要证明质数就行了啊。咦?要是这样的话狄利克雷为什么还要证明 FLT(14) 呢?因为 14 等于 7×2,所以 14 不是质数啊……先证明 FLT(7) 不是更好吗?”
的一组自然数 (x,y,z)。就是这么个定理。”
“证明 FLT(6) 的是欧拉啊。”
然后,我们将自然数解 (x,y,z) 替换成 (a,b,c)。虽然实际上并不存在 (a,b,c) 这三个数字,但我们要研究的是,如果这三个数字存在,那么我们能推导出什么。然后我们就期待找到矛盾吧。这就是反证法。
“哥哥,我问个问题可以吗?”尤里说道。
反证法的假设:“方程式x6 +y6 =z6 存在自然数解。”
我们要证明的命题是“方程式x6 +y6 =z6 不存在自然数解”。反证法的假设就是否定这个命题。
“成为了定理是怎么回事?”
问题本身谁都能理解。
费马曾写道:“我确信已发现了一种美妙的证法”。
即便如此,其后 350 多年却没有人能证明它。
“没有错误,完美。米尔嘉大人,好崇拜她啊!”
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。
“FLT 是 Fermat\'s Last Theorem(费马大定理)的首字母略称。费马的方程式中出现了n这个变量对吧。”
“那我们来证明‘如果方程式x3 +y3 =z3 不存在自然数解,那么方程式x6 +y6 =z6 也不存在自然数解’这个命题吧。”
“因为留到了最后,所以又叫最后定理 1。游戏关底最后的大魔王啊。”
中,对于任意n,都不存在满足方程
“嗯。”
“人家也能明白这么难的证明吗?”
“对。”
“有费马大定理这么个东西吧?哥哥。”