2021年10月30日

每天都进步#669 费马最后定理(二)费马的一个小游戏

 

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今天我们继续来聊费马最后定理。昨天我们稍微聊了一下费马这一个人,以及费马最后定理究竟是一个怎样的定理。这定理用现代的数学语言来叙述的话,是这样的。在 x^n+y^n=z^n 中,当 n 为大于2的正整数时, (x,y,z) 没有整数解。这就是费马最后定理。其实,如果你仔细的看这个公式的话,你会发现到,当 n 是正整数的时候,它可以从1开始算。当 等于 ,则这是一个平面方程式,间中会有无数个整数解。而当 等于 的时候,这是一个毕氏定理式,其中可以满足这个方程式的整数解数量也是有无限多个。问题是,当 等于 或者大过 的时候,这个方程式就会忽然变成没有整数解了。这就是费马最后定理说的东西。

昨天节目的最后,我们介绍了费马这一个人。知道了费马是一位法官,而基于法官的职业操守,他不能出去结交朋友,喝酒娱乐。所以,他的娱乐方式就是解数学题,或者说得更高尚一点就是,研究数学。其中,他最后玩的一个游戏是,研究一本叫做《算术》的书。《算术》是一本由古希腊人丢番图整理出来的130道数学难题与解法,但是费马觉得这难题也并不是真的很难。于是,他就对这本书里面的题目做出修改,把它变难,然后看看自己是否解得出来。这就是费马在闲暇时的一个游戏。

在费马去世以后,他儿子整理费马的遗物,就发现到了一本书,就是这个费马在玩这个游戏的所留下来的笔记,其实也就是《算术》这本书的注解。里面就注明了很多的题目变换,计算过程,证明过程等等。然后,他儿子觉得,既然老爸在数学界里面有一定的影响力,那么不如把这本书出版了,赚一点稿费吧。于是,这一本费马的数学笔记遗物,就出版并卖到全世界去。

由于费马在数学界的影响力,这本书还是畅销的。结果,这本书里面所说的其他东西,都没什么大不了的。有些理论是对的,有些理论是错的,对的部分当然比错的部分还要多。但是,在毕氏定理的这个部分,留下了这么一句话。毕氏定理将一个平方数分成两个平方数之和,然而将一个立方数分成两个立方数之和,或将一个四次幂分成两个四次幂之和,或者一般上的将一个高于二次的幂,分成两个同次幂之和,这是不可能的。关于此,我确信发现了一种美妙的证法,可以证明它。但是余白太少了,我就不写了。

费马这个人嘛,在生的时候,就因为业余研究数学,得到了很多连全职数学家都得不到的成就,也就因此费马这个人变得有一点孤傲。这其实不难理解,结合他法官的职业,以及他在数学上的天赋,不难想象到这个人的性格。尤其是,当时候的世界,这些高深或者是难题的数学题,其实基本上没有什么实际用途,唯一的用途似乎就是用来秀智商的。这么难的题目你们都解不开,我解开了,所以我比你们聪明。大体就是这样的一个意思。所以话说回来,这费马的性格既然是那么的孤傲,所以他偶尔就会说出一些很让人生气,或者说哭笑不得的话。就比如这一句,我找到了一个绝佳的证明方法,可是这里位置太少我写不下,所以就不写了。不觉得就是很操蛋吗。

这全世界的数学家,看到了这么气人的一句话,就觉得有什么了不起的,我来证明看看。结果,死活就证明不出来。所以,这费马最后定理,在早期的时候就只能够被称之为费马最后猜想。因为,还没有被证明出来的理论,在数学界里面被叫做猜想。唯有完整而且严谨的证明出来之后,才能被称之为定理。而这个费马最后定理,是在经过了300年以后,才最终被一位名字叫做怀尔斯,全名Andrew John Wiles,的英国数学家,在1995年的时候证明了出来。

怀尔斯的肖像
Andrew John Wiles
图片来源:由Required text: "copyright C. J. Mozzochi, Princeton N.J",Attribution,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2635913

话虽如此,我们今天虽然把证明了费马最后定理的光环,放在了怀尔斯的身上,但是,他也不是从头开始,从零开始证明的。在整个数学历史发展的过程之中,很多的数学家前扑后续的在这个费马最后定理的证明上做出过努力。这费马最后定理能这么的出名原因也是在这里,因为几乎所有稍有名气的数学家都尝试过证明这个定理,可是最后却都失败了。但是,这些人的努力并没有白费,他们的努力化成了一个又一个的台阶,后人们因为这些台阶可以走得更高,但是于此同时也贡献出了另一些更高的台阶。就是这些台阶堆叠在一起之后,才最终让怀尔斯有足够的高度摘下这颗果实,成功的证明出费马最后定理。

今天的篇幅也用完了,我们明天继续聊这些数学家们,是怎样的一个又一个为这个定理做出了贡献的。

最后要问大家的问题就是,以前的人用数学来秀智商,那么你认为现代的人,是用什么来秀智商的呢?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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