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科學:費馬大定理“生下的最後一個金蛋”

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。

費馬大定理的提出:一個留在書旁空白處的斷言

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。 ”

費馬的這段話是在斷言:當n>2時, xⁿ+yⁿ=zⁿ沒有正整數解。 這個斷言就是著名的費馬大定理,

又稱“費馬最後的定理”。

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“殺死這只會下金蛋的鵝”。

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。

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ωⁿ=1)看作“整數”, 那麼xⁿ+yⁿ=zⁿ(n>2)就可以分解為z"=x"+y"=(x+y)(x+yω)(x+yω²)…(x+yωⁿ), 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, 20=2²×5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。 例如, 擴充後的“整數”中, 6有兩種分解形式:6=2x3和6=(1+)(1-)。 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。

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。 此乃費馬大定理這只鵝“生下的最後一個金蛋”。

費馬大定理的終結者 安德魯·懷爾斯

費馬大定理的終結者 安德魯·懷爾斯

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