2021年10月29日

每天都进步#668 费马最后定理(一)定理的起源故事

 

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这几天我们一直在和大家聊关于π的故事,间中虽然有一些牵涉到数学的推导,但是大部分的内容主要还是集中在这故事的历史进展,以及这故事可以带来的启发。这π的故事已经讲完了,但是牵涉到数学的故事是有千千万万条的。其中有另一个也是很精彩的故事,就是关于一个被称之为费马最后定理,或者是费马大定理的故事。有趣的是,这故事对于喜欢数学的人来说,或许很常听到,但是也只是稍微听过了这个定理,和起源罢了。我之前也是如此,直到我看了一集的罗辑思维。这节目的主持人是一个文科生,他用历史故事和事件进展来聊这个费马最后定理,给了我不一样的感想和启发,因此,今天我就尝试根据他的节目来一个二次创作,融入我对于数学的见解,以及这故事对我的启发。

首先,让我们先来说一说,费马最后定理是什么。所谓的费马最后定理,是长这个样子的。x^n+y^n=z^n。当 n 是大于2的整数时,(x,y,z) 没有整数解,这个定理就是费马最后定理。好了,解释完了这个费马最后定理,接下来我们要来说的,就是费马这一个人。

费马的肖像
Pierre de Fermat
图片来源:By http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/PictDisplay/Fermat.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36804

费马,全名是Pierre de Fermat。他是一个法国人,在1602年的时候出生,1665年去世,享年64岁。之后呢,最重要的一件事情是,费马这个人不是一个数学家,或者说本职工作不是数学,他是一位法官。在当时候的法国,法官是一个很值得让人尊敬的工作。一个让人尊敬的工作,社会地位很高的工作,自然也会有很多的要求。在当时候的法国,一位法官是不允许有混乱的私生活的,他不可以有朋友,也不可以出去和别人一起玩。这都是法官的职业道德,就是避免这法官被私生活和交情影响到自己判案的公平。但是,娱乐是人类的基本需求来的。那么,在不允许出去玩的情况之下,费马怎么娱乐呢?答案就是研究数学。

于是,这位费马,在平时业余的时候,就来解数学题打发时间。而很有趣的一点是,在从古老到当时候为止,数学都是一种用来秀智商的工具。毕竟,在数学的领域里面,有很多的理论,是没有什么实际用途的。努力的计算和研究,都只能够用来证明这个人有多么的聪明,有多么的厉害。这现象要到牛顿才有一点点缓解,因为牛顿厉害到了发明出很多用数学技巧来计算物理现象的定律。好,话说回来,费马在业余的时候研究数学来打发时间。他研究些什么呢?首先就是解一些难题,然后发现到所谓的难题也不是真的很难,于是就往更难的方向去挑战。结果,这一个挑战就越来越厉害,他直接挑战世界性的数学难题,挑战那些到目前为止都还没有人能够解出来的数学难题。这一个举动直接就是让很多的数学家脸面扫地了。

后来,这费马看看世界上的难题基本上都被解决了,于是他就开始研究一本叫做《算术》的书。《算术》这本书,是一位在希腊时期的数学家,丢番图(Diophantus of Alexandria),整理了130道数学难题和解法,然后收录而成的一本书。这本书非常的出名,基本上是希腊时期之后,所有学数学以及研究数学的人都会研究的一本书。于是呢,费马就研究这《算术》。但是,研究研究就发现到,这古人的数学也不是很难嘛。或许可能因为以前的数学技术没有那么多,所以有很多的定理不能使用,有很多的方法古人不知道。

丢番图整理的《算术》的封面
图片来源:公有领域, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=575665

之后,闲得蛋疼的费马,就开始了一个游戏,将这些收录在《算术》里面的题目修改一下,让它变难,然后来解一解看看做到没有。这一个游戏,玩得是一个刺激啊。在《算术》里面有一道题,叫做毕氏定理的证明。就是去证明这个x^2+y^2=z^2。这个对费马来说完全没有难度,于是费马就说,把2次方变成n次方,看看会有什么结果吧。就这样,费马最后定理就被弄出来了。

本来嘛,这一些只是费马在闲暇时候的游戏之作,所以就没有发表或是没有洋洋得意的去宣布。可是,后来,有为什么会变得那么的出名呢?今天的篇幅也用完了,所以明天才告诉你。

最后要问大家的问题就是,你有没有听说过费马最后定理呢?欢迎在下方的留言区留言,和我分享讨论吧。

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天地海  著          

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