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费马猜想“美妙证明”:n = 3、4 示例
2012-07-11 | 阅:  转:  |  分享 
  




费马猜想“美妙证明”:n=3、4释例为证实《“方根(重根)余约数”唯一性定理证明费马猜想》是正确的,现在仅以n=3、4特殊举例解释这个一般性的证明过程。

1.当n=3时

证明:

z3=x3+y3………………………………………………………(1)

无正整数解。假设(1)式有正整数解,取(x,y)=1使等式成立。

1.1分析“z”的正整数解

将(1)式变形:

()3-()3=1………………………………………………(2)

(-)()2++()2]=1

于是设正整数(a,b)=1得到:

–=…………………………………………………………(3)

()2++()2=…………………………………………(4)

由(3)式得=+可以代入(4)式,但为了简便直接代入(2)式:

(+)3-()3=1

3()2+3()2()+()3=1

由(3)式必有y含a?因子,设y=ay1代入上式并化简乘以a3、y12及除以b得:

3x2+3by1x+b2y12=a3……………………………………………(5)

又将y=ay1代入(3)式、(4)式得:

z–x=by1……………………………………………………………(6)

z2+xz+x2=a3……………………………………………………(7)

由(4)式必有y2含b因子,y2=(ay1)2,有y12含b因子。在(5)式右边项中(a,b)=1,只有b整除y12,所以只存在=1或者>1两种取值情形。

当=1时(5)式有两项不含y1因子使等式成立,设正整数c令y1=c,则b=y12=c2,by1=c3,代入(6)式、(7)式得:

z-(x+c3)=0………………………………………………………(8)

z2+xz+(x2–a3)=0…………………………………………………(9)

当>1时余y1的因子,(5)式左边除3x2项外其它各项均含y1因子,并与x2互质;所以余y1的因子只能与质数3相约,即y1与3只能含3公因子。设y1=3y2,代入(5)式并除以3得:

x2+3by2x+3b2y22=a3

这时只有=1上式有两项不含3因子和y2因子使等式成立。所以只余1个3因子即=3,by1含2个3因子,于是令y2=c,则y1=3c、b=3c2、by1=32c3,代入(6)式、(7)式得:

z-(x+32c3)=0………………………………………………………(10)

z2+xz+(x2-3a3)=0…………………………………………………(11)

1.2证明“z”的解是方根由(8)式,z=x+c3及y=ac(1)式为:

z3=(x+c3)3=x3+(ac)3

这时x、c取任何正整数便定a的唯一整正数方根

a=3均使

z=x+c3≡3等式F(z:x,c)≡Q(z:x,ca)方根所以(8)式是(2)式分解约数的“方根约数”,相应(9)式是(2)式约去方根约数的“方根余约数”。同理,(10)式是(2)式不同解的“方根约数”,(11)式是“方根余约数”。

1.检验“方根约数”的正整数解

由(8)式推出方根3次z3=(x+c3)3约去方根约数的“方根余约数”为:

z2-(x+c3)2=0……………………………………………………(12)

已证明z3=x3+y3与z3=(x+c3)3是同一个方根,根据方根存在唯一性定理它们同约去一个方根约数的“方根余约数”是同一,所以有(9)式≡(12)式。根据多项式恒等定理(9)式、(12)式关于“z”的非首项系数及常数项对应关系为:

x=0,x2-a3=-(x+c3)2

因x=0,常数项a3=(c3)2即a=c2,又因为b=y12=c2,这时却有:

a=c2=b

所以(3)式z=y,(4)式z2=y2,(8)式有z、x、y均不为0的正整数解。

由(10)式推出方根3次方z3=(x+32c3)3约去方根约数的“方根余约数”为:

z2-(x+32c3)2=0……………………………………………………(13)

与(9)式、(12)式同理,有(11)式≡(13)式,关于“z”的非首项系数及常数项对应关系为:

x=0,x2-3a3=-(x+32c3)2

x=0,常数项3a3=(32c3)2即a=3c2,又因为y1=3c,by1=32c3,b=3c2,这时有:

a=3c2=b

所以(3)式z=y,(4)式z2=y2,(10)式有z、x、y均不为0的正整数解。1.3.重根证明

1.3.1证明“z”的解是根由(8)式,z-(x+c3)=0(1)式变形为:

z3-(x3+y3)=z-(x+c3)]3=0

[z-(x+c3)]3=z3-3(x+c3)z2+3(x+c3)2z-(x+c3)3

将z=x+c3代入其中-3(x+c3)z2+3(x+c3)2z-(x+c3)3并化简得(x+c3)3(-3+3-1)=-(x+c3)3使原式为:

z3-(x3+y3)=z-(x+c3)]3=z3-(x+c3)3=0

x3+y3=(x+c3)3

所以(8)式同是(2)式分解约数的“重根约数”,相应(9)式又是(2)式约去重根约数的“重根余约数”。

同理,(10)式是(2)式不同解的“重根约数”,(11)式是“重根余约数”。

1.检验“根约数”的正整数解由(8)式重根3次方z-(x+c3)]3=0得展开式:

z3-3(x+c3)z2+3(x+c3)2z-(x+c3)3=0

约去重根约数的“重根余约数”为:

z2-3(x+c3)z+3(x+c3)2-(x+c3)2=0………………………………(14)

已证明z3-(x3+y3)=0与z-(x+c3)]3=0是同一个重根,根据方根存在唯一性定理它们的展开式同约去一个重根约数的“重根余约数”是同一,所以有(9)式≡(14)式。根据多项式恒等定理(9)式、(14)式关于“z”的非首项系数及常数项对应关系为:

x=-3(x+c3),x2-a3=3(x+c3)2-(x+c3)2

分别除以x得:

1=-3(1+),1-=3(1+)2-(1+)2

因为(x,c)=1存在c3与x项互质,除数x≠0只能使c=0,常数项a与x互质也只有a=0。之后则有

4x=0,x2=2x2

所以也必有x=0使等式成立,则x=0,y=0;于是(8)式中z=0,有正整数解。

由(10)式重根3次方z-(x+c3)]3=0约去重根约数的“重根余约数”为:

z2-3(x+32c3)z+3(x+32c3)2-(x+32c3)2=0………………………(15)

与(9)式、(14)式同理,有(11)式≡(15)式,关于“z”的非首项系数及常数项对应关系为:

x=-3(x+32c3),x2–3a3=3(x+32c3)2-(x+32c3)2

分别除以x得:

1=-3(1+),1–=3(1+)2-(1+)2

对应项系数32≠0只有使c=0,常数项3≠0也只有令a=0,则y=3ac=0,之后各项系数等式中也必有x=0;于是(10)式中z=0,有正整数解。

所以z3=x3+y3没有正整数解。2.当n=4时

当n=4时与n=3时的证明基本相同。但是,4是合数,n为任意正整数就还有奇数合数,所以在此以4为例只明确n为合数时与含n因子有关的具体分析方法。

直接使z4=x4+y4变形为:-=

()3+()2+()2+()3=

设y=ay1得:

z-x=by1……………………………………………………………(1)

z3+xz2+x2z+x3=a4…………………………………………(2)

参照n=3时的(5)式又得

4x3+6bx2y1+4b2xy12+b3y13=a4………………………………(3)

有=1或>1的两种取值。

当=1时(3)式有两项不含y1因子使等式成立,设y1=c,则b=c3,by1=c4,代入(1)式、(2)式得:

z-(x+c4)=0

z3+xz2+x2z+(x3-a4)=0

当>1时存在y1的余因子,其与x3互质,只能与4相约,所以y1含4因子或y1含4的因子质数2。y1含4因子时,设y1=4y2代入(3)式并除以4得

x3+6bx2y2+42b2xy22+42b3y23=a4

只有=1上式有两项不含4及4的因子2且不含y2因子使等式成立,只含1个4因子;设y2=c,则y1=4c,b=42c3,by1=43c4,代入(1)式、(2)式得:

z-(x+43c4)=0

z3+xz2+x2z+(x3-4a4)=0

又y1含4的质数因子2时,设y1=2y2代入(3)式并除以22得:

x3+3bx2y2+4b2xy22+2b3y23=a4

此时已余2个2因子即=22,又存在两种情形:如果b含2因子使=1等式成立,设y2=c,则y1=2c,b=2c3,by1=22c4,代入(1)式、(2)式得:

-(x+22c4)=0

z3+xz2+x2z+(x3-22a4)=0

如果b不含2因子=1使“3bx2y2”项为奇数等式成立,余3个2因子即=23,设y2=c,则y1=2c,b=c3,by1=2c4,代入(1)式、(2)式得:-(x+2c4)=0

z3+xz2+x2z+(x3–23a4)=0

这就得到了多组解,但只是约数项系数有所不同;却同理,均以同样方法证明各组有正整数解。在分析(3)式使等式成立必有两项不含4(n)因子或22(n)的因子。通过对>1余因子的分析,印证了含n因子的关系式:=Nipi,b=cn-1Ninpi-1,y1=cNi。n为较大合数时可能得出更多组解,但亦同理。























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