让你爱上数学的好故事第一季:费马大定理

今天给大家讲述的是费马大定理的故事。之所以选择这个定理作为我们的开篇之作,是因为我本人也非常对之着迷。

费马大定理的故事要从我们熟悉的勾股定理说起


让你爱上数学的好故事第一季:费马大定理

勾股定理,夏商时期,我们的祖先就发现了“勾三、股四、弦五”。直角三角形中的三边平方和的关系,在我国被叫做勾股定理,在西方,被称为毕达哥拉斯定理。因为这个定理在外国是由毕达哥拉斯首先发现的。

四大文明古国之一的古希腊,和我们古中国一样,创造出了辉煌的数学历史。古希腊有一位著名数学家丢番图,我们对丢番图的了解,大家应该都知道他在墓碑上的一首诗,用一个一元一次方程描述了他的一生。

“他生命的1/6是幸福的童年,生命的1/12是青少年时期。又过了生命的1/7他才结婚。婚后5年有了一个孩子,孩子活到他父亲一半的年纪便死去了。孩子死后,丢番图在深深的悲哀中又活了4年,也结束了尘世生涯。过路人,你知道丢番图的年纪吗?”

丢番图曾在他的著作中提出了一个问题:把一个平方数,分解成两个平方数的和。平方数,就是我们所谓的1,4,9,16,25,,,,这样的数字。

接下来,轮到我们的主角费马出场了。

让你爱上数学的好故事第一季:费马大定理

费马是一名律师。换句话说,他是学法律的。一个文科生。一个文科生,在那个年代,却提出了一个让无数顶尖数学家为之折服的“挑衅”。

费马在图书馆看到了上文中丢番图问题。那个问题很容易解答。费马看过后,在图书旁边坐了如下批注:你们不要以为事情就这么简单就结束了我们不能把一个立方数分解为两个立方数之和,也不能把一个四次方数分解为两个四次方数之和,也就是说,在一般情况下,任何超过2的次方分解成两个相同的次方,都是不可能的。我已经找到了一个绝妙的证明方法,只是这里空白太小了,无法容纳我的证明。


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费马大定理的描述

18世纪时,人们逐渐认识到这个猜想的重要性。这一切要归功于欧拉。欧拉为这个猜想的证明所做的努力,将整个猜想被人们所知晓。欧拉给出了n=3和4的证明,但到n=5时,他就遇到了麻烦。无数数学家尝试攻克这个难题最终都以失败而告终。这些人的名字无一不是大学生的梦魇,诸如高斯,拉格朗日,罗尔等等。

到了十九世纪,事情出现了转机。一位女性数学家提出:当xyz不能被被指数n整除时,整数解不存在。(这句话来源于一段翻译)

十九世纪三十年代,拉梅提出,这个表达式的难点在于,等式的一边是n次幂和,如果我们能够把n次幂的和因式分解,处理起来便会容易。拉梅提出使用复数。但这一想法被否决。即便如此,拉梅的想法使人们发现了一些有关素数的事情,有一些素数具有类似的性质,这些素数被称为规则素数。人们找到了当n等于所有规则素数是时,费马猜想的证明。

到了世纪交替时期,德国数学家保罗沃尔夫斯凯尔悬赏10万马克,征集费马猜想的证明。重赏之下必有勇夫,但显然,科学界只能得到一堆错误的证明。

终于时间来到了90年代。美国数学家威尔斯,与1993年宣布证明了费马的最后猜想,并与1997年将自己的证明过程完整严谨的叙述,并纠正了此前被指出的错误。

让你爱上数学的好故事第一季:费马大定理

不幸的是,1998国际数学大会,怀尔斯已经45岁了,因此,,数学界的最顶级奖项菲尔兹奖将与他无缘。这是一个悲剧,因此,菲尔兹奖评委会,破例,授予他菲尔兹特别奖。

按照张宇的话说,从前,只有某个人因为获得某个奖而名垂千古,因为一个奖改变了一个人。例如我国的屠呦呦女士,作为第一位获得诺贝尔奖的中国科学家,她必然会在中国的历史上书写下灿烂的一笔。但,从来没有哪个人能像威尔斯一样,他是唯一一个,因为他改变了一个奖,菲尔兹奖因为能授予怀尔斯而“感到”荣耀。


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