走近業餘數學家之王費馬,瞭解難倒人們300多年費馬大定理

費馬大定理是由法國數學家費馬提出的。此“定理”提出後,經過多個天才數學家的猜想辯證,歷經三百多年,1995年,終於被英國數學家安德魯·懷爾斯攻克,證明費馬的斷言是正確的。

走近業餘數學家之王費馬,瞭解難倒人們300多年費馬大定理

費馬大定理的提出:一個留在書旁空白處的斷言

走近業餘數學家之王費馬,瞭解難倒人們300多年費馬大定理

1637年法國數學家費馬在研讀古希臘數學家丟番圖的著作《算術》時,看到有一道關於勾股數的問題“給定一個平方數,如何將它寫成另兩個平方數之和?”不知這位偉人對此進行了怎樣的考究,但在這道題旁邊的空白處,他卻寫下了這樣一段話“將一個立方數分成兩個立方數之和,或一個四次冪分成兩個四次冪之和,或者一般地將一個高於二次的冪分成兩個同次冪之和,這是不可能的。關於此,我確信已發現了一種美妙的證法,可惜這裡空白的地方太小,寫不下。

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費馬大定理

非凡的費馬大定理:一隻會下金蛋的鵝

“地方太小,寫不下”,這位偉人竟然找了如此的理由未將他美妙的證法寫下來,不知道他是在開玩笑,還是故意給後人留了一個天大的“玄虛”,挑戰後人的智慧。這個“定理”以其獨特的魅力,吸引了眾多傑出數學家致力於它的辯解論證,耗盡了許多天才大腦的精力,它困惑了三個世紀的數學家,或許當初費馬根本就沒有證明他的這個定理,因為300多年數學家們前赴後繼的研究,發現攻克它實在是太難了!

18世紀,瑞士數學家歐拉僅僅做出了n=3的證明;19世紀,德國著名數學家高斯曾經研究過它,但終因得不到結果而放棄;20世紀,當大數學家希爾伯特被勸去破解費馬大定理時,他卻說他不願意“殺死這隻會下金蛋的鵝”。

為什麼這麼說呢?原來對費馬定理長達3個多世紀的研究中,發展起了很多絕妙的數學概念和理論,甚至還產生了數學分支。這也是人們懷疑費馬當時是否真的找到正確證法的另外一個理由。

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1.擴充了“整數”的概念

在研究的過程中,數學家們發現,如果把n次單位根ω(即ω=1)看作“整數”,那麼x+y=z(n>2)就可以分解為z"=x"+y"=(x+y)(x+yω)(x+yω)…(x+yω),進而再進行深入的分析。

2.產生了“理想數”概念,開創了代數數論

大家知道,當整數大於1時,都可以唯一地分解為一些素數的乘積,例如6=2x3,10=2×5等。“整數”擴充後,如果仍然可以保持這種唯一分解性,那麼費馬大定理早就可以破解了。但事實卻非如此。由此,19世紀德國數學家庫默爾引入了一個全新的概念—理想數。以此為基礎,他一下就證明了n≤100(個別情況除外)時的費馬大定理。他也因此也開創了一門重要的數學分支——代數數論。

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3.費馬大定理“生下的最後一個金蛋”

1994年,英國著名數學家安德魯·約翰·懷爾斯,經過8年的苦研,終於攻克了費馬大定理。這個困惑數學家358年的猜想終於宣告破解。懷爾斯之所以給出正確的證明,關鍵在於他成功地運用“伽羅瓦群表示”,建立了“橢圓曲線”與“模形式”之間的對應,揭示了現代數學當中,不同的領域之間存在著深刻聯繫。此乃費馬大定理這隻鵝“生下的最後一個金蛋”。


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