費(fèi)馬大定理的初等巧妙證明(完全版)
費(fèi)馬大定理的初等巧妙證明(完全版)
費(fèi)馬大定理的初等巧妙證明(完全版)
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費(fèi)馬大定理:一個(gè)正整數(shù)的三次以上的冪不能分為兩正整數(shù)的同次冪之和。即不定方程zn?xn?yn當(dāng)n≥3時(shí)無正整數(shù)解。
證明: 當(dāng)n=2時(shí),有 z?x?y
∴ x?z?y?(z?y)(z?y) (1)
設(shè) (z?y)?2m 則 z?y?2m 代入(1)得
x?z?y?2m(2y?2m)?2m(y?m)?2ml
∴ x?2ml y?l?m z?l?m
當(dāng)n=3時(shí),有 z?x?y
∴ x?z?y?(z?y)(z?zy?y) (2)
設(shè) (z?y)?3m 則 z?y?3m代入(2)得
x?z?y?3m[(y?3m)?(y?3m)y?y] 3332323223223233332233322222222222222222222222
?32m3(3y2?3?32m3y?34m6)?33m3(y2?32m3y?33m6)
設(shè) (y?3my?3m)?l (3)
則 x?3ml (4)
z?y?3m (5)
若z,y的公約數(shù)為k,即 (z,y)=k ,k>1時(shí),方程x?z?y兩邊可以除以k,下面分析k=1 即(z,y)=1 , 方程x?z?y的正整數(shù)解
因?yàn)椋▃,y)=1,分析(2),(3),(4),(5)式,只有m,l為正整數(shù)時(shí),x,y,z可能有正整數(shù)解,由(3)得 333333232233633
y(y?32m3)?l3?33m6?(l?3m2)(l2?3m2l?32m4) (6)
∵ y, m, l都取正整數(shù),
∴y?(y?3m) (l?3m)?(l?3ml?3m)
2322224
∴ y?(l?3ml?3m)
∴ y沒有形如y?(l?3ml?3m)的正整數(shù)解。
又∵(6)式左邊分解為y和y的(3-2)次式,右邊分解為(l?3m)和l的(3-1)次式,且y, m, l都取正整數(shù),如果y=(l?3m),則y?3m?(l?3ml?3m),如果2232224222242224y?32m3?(l2?3m2l?32m4),則y>(l?3m2).
∴y?(l?3m)和y?3m?(l?3ml?3m)不能同時(shí)成立
∴ y沒有形如y?(l?3m)的正整數(shù)解
若 (l?3m)=ab , (l?3ml?3m)=cd (a,b,c,d為正整數(shù))可得相應(yīng)方程組
222????y?a?l?3m?y?ac?l?3m?y?c?l?3m或?或?這些方程組里的m, l沒有正?232323??y?3m?bcd??y?3m?bd?y?3m?abd?2232224222224
整數(shù)解,若有正整數(shù)解,則與y沒有形如y?(l?3m)或y?(l?3ml?3m)的正整數(shù)解矛盾。
又 ∵ y?(l?3m)在m, l取正整數(shù)的條件下,y可取到任意正整數(shù)
∴ y沒有正整數(shù)解。
∴ 當(dāng)n=3時(shí),方程z?x?y無正整數(shù)解。
當(dāng)n>3時(shí),z?x?y
∴ x?z?y?(z?y)(z
令 (z?y)?nn?1nnnn?1nnn333222224?zn?2y???zyn?2?yn?1) (7) mn 則 z?y?nn?1mn代入(7)得
xn?zn?yn?(z?y)(zn?1?zn?2y???zyn?2?yn?1)
n?nn?1m[(y?nn?1mn)n?1?(y?nn?1mn)n?2y???(y?nn?1mn)yn?2?yn?1)]
n111n?1nn?2?nn?1m[nyn?1?(c1my? n?1?cn?2???c2?c1)n
?(cn?1?cn?2???c3?c2)n
?(cn?1?cn?2)n
?nm[y
nnn?1n?2n?2(n?2)(n?1)22222(n?1)m2nyn?3??? n?1(n?1)(n?1)(n?1)nm(n?2)ny?cnnm] ?1111n?1?1nn?2?(c1my? n?1?cn?2???c2?c1)n
?(cn?1?cn?2???c3?c2)n
?(cn?1?cn?2)nn?2n?2(n?2)(n?1)?122222(n?1)?1m2nyn?3??? n?1(n?1)(n?1)?1(n?1)nm(n?2)ny?cnm] ?1n
[y設(shè)n?1111n?1?1nn?2?(c1my? n?1?cn?2???c2?c1)n
22222(n?1)?1 ?(cn?1?cn?2???c3?c2)n
?(cn?1?cn?2)nn?2n?2(n?2)(n?1)?1m2nyn?3??? n?1(n?1)(n?1)?1(n?1)nm(n?2)ny?cnm] ?1n
?ln (8)
則 x?3ml (9)
z?y?nn?1mn (10)
nxn若z,y的公約數(shù)為k,即 (z,y)=k ,k>1時(shí),方程x?z?y兩邊可以除以k,下面分
析k=1 即(z,y)=1 , 方程x?z?y的'正整數(shù)解
因?yàn)椋▃,y)=1,分析(7),(8),(9),(10)式,只有m,l為正整數(shù)時(shí),x,y,z可能有正整數(shù)解,由(8)得
111n?1?1nn?2?1y[yn?1?1?(c1?c???c?c)nmy? n?1n?221nnxn
?(cn?1?cn?2???c3?c2)n
?(cn?1?cn?2)nn?2n?2(n?2)(n?1)?122222(n?1)?1m2nyn?3?1??? m(n?2)n]
?(l?nn?2mn?1)(ln?1?ln?2nn?2mn?1?ln?3n2(n?2)m2(n?1)???n(n?1)(n?2)m(n?1)(n?1)) (11) 簡(jiǎn)記為 y f(yn?2)=(l?3n?2mn?1)F(ln?1)
∵ y, m, l都取正整數(shù)。
∴y
∴ y?(ln?1?ln?2nn?2mn?1?ln?3n2(n?2)m2(n?1)???n(n?1)(n?2)m(n?1)(n?1))= F(ln?1)
n?1∴ y沒有形如y= F(l)的正整數(shù)解。
n?2又∵(11)式左邊分解為y和y的(n-2)次式,右邊分解為(l?n
次式,且y, m, l都取正整數(shù),如果y=(l?n
則y>(l?3n?2n?2mn?1)和l的(n-1)mn?1),則f(yn?2)
∴y?(l?nn?2mn?1)和f(yn?2)=F(ln?1)不能同時(shí)成立。
n?2∴ y沒有形如y?(l?n
若(l?3n?2mn?1)的正整數(shù)解。 mn?1)=ab , F(ln?1)=cd (a,b,c,d為正整數(shù))可得相應(yīng)方程組
n?2n?1n?2n?1n?2n?1????y?a?l?nm?y?c?l?nm?y?ac?l?nm或?或?這些方程組里的?n?2n?2n?2????f(y)?bcd?f(y)?abd?f(y)?bd
m, l沒有正整數(shù)解,若有正整數(shù)解,則與y沒有形如y?(l?n
整數(shù)解矛盾。
又 ∵ y?(l?nn?2n?2mn?1)或y= F(ln?1)的正mn?1)在m, l取正整數(shù)的條件下,y可取到任意正整數(shù)
∴ y沒有正整數(shù)解。
∴ 當(dāng)n>3時(shí),方程z?x?y無正整數(shù)解。
定理得證。
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