費馬大定理的巧妙證明范文第1篇
總所周知，x+y=z有無窮多組整數解，稱為一個三元組;x^2+y^2=z^2也有無窮多組整數解，這個結論在畢達哥拉斯時代就被他的學生證明，稱為畢達哥拉斯三元組，我們中國人稱他們為勾股數。但x^3+y^3=z^3卻始終沒找到整數解，最接近的是：6^3+8^3=9^-1，還是差了1。于是迄今為止最偉大的業余數學家費馬提出了猜想：總的來說，不可能將一個高于2次的冪寫成兩個同樣次冪的和。也就是：
x^n+y^n=z^n，當n大于2時沒有整數解。
這是一個描述起來非常簡單的猜想，但358年來困擾了包括歐拉和柯西在內的一代代大數學家，他們得到了一些進展，比如當n等于3和4時猜想成立，但x、y、z和n的取值范圍是無限的，要證明整個猜想談何容易!更氣人的是費馬在一本書的頁邊處寫下這個猜想后還加了一個評注：我有一個對這個命題的十分美妙的證明，這里空白太小，寫不下。這不是一種赤裸裸的挑戰嘛。
1984年事情有了轉機，一個叫弗萊的德國數學家提出，如果費馬猜想不成立，那個就可以找到三個整數使方程成立，表示為：
A^N+B^N=C^N，接著他通過復雜的變換，這個等式轉換成了一個橢圓方程：
y^2=x^3+(A^N-B^N)*x^2-A^N*B^N
而這個橢圓曲線太過古怪，他斷定由于這個由假設費馬猜想不成立引出的橢圓方程是如此古怪，所以它不可能模形式化。后來一個叫里貝特的數學家嚴格證明了這個橢圓方程確實不能模形式化。
現在必須要說明啥叫橢圓方程的模形式化了，而說明這個問題以前還得介紹啥叫橢圓方程和模形式。
橢圓方程是形如y^2=x^3+a*x^2+b*x+c方程(a，b，c是任何整數)，對這種方程的一個重要研究領域就是研究每一類橢圓方程的整數解個數，但當x和y的取值是無限時研究起來就很困難。于是科學家就發明了在時鐘算術中研究每類橢圓方程的整數解。何為時鐘算術呢，就是把正常數軸延伸到正負無窮的兩端接起來，這個圈有幾格就算幾格時鐘算術，比如我們的手表就是在實踐12格時鐘算術。它有如下性質：
3+11=2
3*4=0
5+6=11
等等。這樣求橢圓方程的整數解就方便了。如果一個橢圓方程在1格時鐘算術中有1個解，2格時鐘算術中有4個解，3格時鐘算術中有4個解，4格時鐘算術中有8個解，5格時鐘算術中有4個解，6格時鐘算術中有16個解等等，我們就可以記錄為：
E1=1
E2=4
E3=4
E4=8
E5=4
E6=16
.
.
.
這成為這個橢圓方程的 E-序列。每個橢圓方程的E-序列就像它的DNA一樣濃縮這它的特征信息。
模形式是在由兩根實軸和兩根虛周組成的四維復空間里的超對稱結構，而每一個模形式都可以拆成各種基本要素的組合組成的，比如一個模形式是由1個1號要素，3個2號要素，2個3號要素組成，那么這個模形式的M-序列就可以寫成：
M-序列：
M1=1
M2=3
M3=2
.
.
.
正如E-序列包含了橢圓方程的特征信息一樣，模形式的M-序列也包含了各個模形式的特征信息，是模形式的DNA。
1955年在東京舉行的一個學術會議上日本青年數學家谷山豐和志村五郎提出了一個猜想：一個橢圓方程的E-序列一定和一個模形式的M-序列完全對應。這就叫橢圓方程的模形式化。這是一個驚天的猜想，在它被證明以前就得到了廣泛應用，幾百篇論文是這樣開頭的：如果谷山-志村猜想成立。
現在的問題清楚了，如果谷山-志村猜想成立，那個每一個橢圓方程都可以模形式化，而由假設費馬猜想不成立引出的橢圓方程卻被證明不可以模形式化，這樣就引出了矛盾。于是谷山-志村猜想成立和費馬猜想不成立這兩個假設不可能同時成立。所以只要證明了谷山-志村猜想，那費馬猜想不成立的假設就被推翻，于是費馬猜想也被證明了。
于是真正的英雄出場了。安德魯懷爾斯在知道假設費馬猜想不成立引出的橢圓方程被證明不能模形式化后受到震撼，也備受鼓舞，于是重拾童年時的夢想于1986年開始了7年的秘密研究，目標就是證明谷山-志村猜想，也即等價證明費馬猜想。他先用一年時間思考用什么方法來證明，最后選定數學歸納法。他用群論的方法順利證明每個橢圓方程的E-序列第一項都和某個模形式M-序列的第一項相等，第二步是個假設每個橢圓方程的E-序列第n項都和某個模形式M-序列的第n項相等，第三步是艱辛的，要證明如果第二步假設成立就每個橢圓方程的E-序列第n+1項都和某個模形式M-序列的第n+1項相等。開始他采用了經過自己加強的伊娃沙娃理論來證明第三步，但到了第5年他感到伊娃沙娃理論沒法得到他想要的結論。懷爾斯暫時結束半隱居狀態，回到學術圈，想看看別的數學家有沒有新的可利用的理論，他確實在老師的無意談論中找到了科利瓦金-弗萊切方法，這個方法正對懷爾斯的需要，他在強化這個方法后取得了突破進展，到1993年1月他第一次向一個他認為可靠的同事透露他的研究，并請他審閱自己的手稿。他們采用了一種狡黠的方式開展這項工作，由懷爾斯開了一門研究生課程“橢圓曲線的計算”，專門講他的手稿。這個叫凱茲的同事也坐在研究生們中間，很快枯燥艱深的演算把不明就里的研究生們都嚇跑了，凱茲成了唯一的聽眾，正好開展審閱手稿工作。1993年5月末，懷爾斯借助一個19世紀的數學構造完成了最后一簇橢圓方程的證明。93年6月23日懷爾斯在劍橋舉行的學術會議上公布了證明。會后200多頁的證明手稿被分成6部分由6名審稿人審稿。審稿采用審稿人在世界各地審稿，針對存在的問題用電子郵件向懷爾斯提問，開始進展順利，審稿人的問題被懷爾斯半天到3天就給以解答。但9月份還是那個凱茲同事提的一個問題徹底難住了懷爾斯，這個問題是“在半穩定情況下，塞爾默群的精確上界的計算還不完全”。在將近一年的彌補這個漏洞的掙扎
中，數學界很焦急，也很騷動，大家要求懷爾斯公開手稿，大家來幫他，可懷爾斯拒絕了，最后有些數學家開始惡搞懷爾斯了，編他的愚人節笑話。第二年9月19日的清晨，懷爾斯又坐在書桌前檢查科利瓦金-弗萊切方法，這次他不是相信這個方法還能完成證明，而只是想看看它為啥行不通。突然靈光閃現，他突然發現科利瓦金-弗萊切方法本身行不通但卻可以使他拋棄的伊娃沙娃方法生效!有些事情就是這樣的，長期的努力本來就接近突破，但過份的執著和焦慮阻礙你的心智，所以沒法實現飛躍，但當你認為沒辦法了準備放棄，放松心態冷靜下來時反而靈感突發取得突破。當年阿難尊者被邀請在第一次佛經結集時口頌佛經，可他當時還沒有證阿羅漢果，沒有資格參加結集，所以他抓緊時間努力修行，爭取馬上證果，可越是緊越沒法達成心愿。到了結集這一天，尊者一看天都亮了，自己還沒證阿羅漢果，就想沒指望了，于是連日修行的疲憊身心放松下來，準備睡一下覺，當他往下躺，頭還沒碰到枕頭的空中夙世的因緣成熟，尊者一下子證得阿羅漢果!他得以參加結集，說了他的萬古名言“如是我聞”。
接下來事情就順利了，200頁的手稿被雙劍合璧地縮減成了130頁，最后發表在《數學年刊》1995年5月刊上。因為這個成果懷爾斯獲得了沃爾夫獎和菲爾茲特別獎(超齡，破格)。正義戰勝了邪惡，王子公主從此過上了幸福的生活。
注：本帖子取材于《費馬大定理》 上海譯文出版社
上世紀后半頁，理論數學家們陷入了十分尷尬的境地，一方面他們已經很久沒做出突破性工作，一方面借助計算機的機器證明開始興起，著名的四色猜想就是機器證明的。數學家們不喜歡使用蠻力的窮舉法機器證明，也詬病機器證明的程序沒法完全保證沒有bug，以及沒法驗證，但心里也是頗為酸楚的。這個時候救星出現了，他叫安德魯懷爾斯，是普林斯頓大學的教授，美籍英裔，劍橋大學出身，橢圓曲線頂級專家。他躲在閣樓成一統，7年孤獨磨一劍，又經過一年的審稿煉獄，最終證明了費馬大定理!那么何為費馬大定理呢?
總所周知，x+y=z有無窮多組整數解，稱為一個三元組;x^2+y^2=z^2也有無窮多組整數解，這個結論在畢達哥拉斯時代就被他的學生證明，稱為畢達哥拉斯三元組，我們中國人稱他們為勾股數。但x^3+y^3=z^3卻始終沒找到整數解，最接近的是：6^3+8^3=9^3-1，還是差了
1。于是迄今為止最偉大的業余數學家費馬提出了猜想：總的來說，不可能將一個高于2次的冪寫成兩個同樣次冪的和。也就是：
x^n+y^n=z^n，當n大于2時沒有整數解。
這是一個描述起來非常簡單的猜想，但358年來困擾了包括歐拉和柯西在內的一代代大數學家，他們得到了一些進展，比如當n等于3和4時猜想成立，但x、y、z和n的取值范圍是無限的，要證明整個猜想談何容易!更氣人的是費馬在一本書的頁邊處寫下這個猜想后還加了一個評注：我有一個對這個命題的十分美妙的證明，這里空白太小，寫不下。這不是一種赤裸裸的挑戰嘛。
1984年事情有了轉機，一個叫弗萊的德國數學家提出，如果費馬猜想不成立，那個就可以找到三個整數使方程成立，表示為：
A^N+B^N=C^N，接著他通過復雜的變換，這個等式轉換成了一個橢圓方程：
y^2=x^3+(A^N-B^N)*x^2-A^N*B^N
而這個橢圓曲線太過古怪，他斷定由于這個由假設費馬猜想不成立引出的橢圓方程是如此古怪，所以它不可能模形式化。后來一個叫里貝特的數學家嚴格證明了這個橢圓方程確實不能模形式化。
現在必須要說明啥叫橢圓方程的模形式化了，而說明這個問題以前還得介紹啥叫橢圓方程和模形式。
橢圓方程是形如y^2=x^3+a*x^2+b*x+c方程(a，b，c是任何整數)，對這種方程的一個重要研究領域就是研究每一類橢圓方程的整數解個數，但當x和y的取值是無限時研究起來就
很困難。于是科學家就發明了在時鐘算術中研究每類橢圓方程的整數解。何為時鐘算術呢，就是把正常數軸延伸到正負無窮的兩端接起來，這個圈有幾格就算幾格時鐘算術，比如我們的手表就是在實踐12格時鐘算術。它有如下性質：
3+11=2
3*4=0
5+6=11
等等。這樣求橢圓方程的整數解就方便了。如果一個橢圓方程在1格時鐘算術中有1個解，2格時鐘算術中有4個解，3格時鐘算術中有4個解，4格時鐘算術中有8個解，5格時鐘算術中有4個解，6格時鐘算術中有16個解等等，我們就可以記錄為：
E1=1
E2=4
E3=4
E4=8
E5=4
E6=16
.
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這成為這個橢圓方程的 E-序列。每個橢圓方程的E-序列就像它的DNA一樣濃縮這它的特征信息。
模形式是在由兩根實軸和兩根虛軸組成的四維復空間里的超對稱結構，而每一個模形式都可以拆成各種基本要素的組合組成的，比如一個模形式是由1個1號要素，3個2號要素，2個3號要素組成，那么這個模形式的M-序列就可以寫成：
M-序列：
M1=1
M2=3
M3=2
.
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正如E-序列包含了橢圓方程的特征信息一樣，模形式的M-序列也包含了各個模形式的特征信息，是模形式的DNA。
1955年在東京舉行的一個學術會議上日本青年數學家谷山豐和志村五郎提出了一個猜想：一個橢圓方程的E-序列一定和一個模形式的M-序列完全對應。這就叫橢圓方程的模形式化。這是一個驚天的猜想，在它被證明以前就得到了廣泛應用，幾百篇論文是這樣開頭的：如果谷山-志村猜想成立。
現在的問題清楚了，如果谷山-志村猜想成立，那個每一個橢圓方程都可以模形式化，而由假設費馬猜想不成立引出的橢圓方程卻被證明不可以模形式化，這樣就引出了矛盾。于是谷山-志村猜想成立和費馬猜想不成立這兩個假設不可能同時成立。所以只要證明了谷山-志村猜想，那費馬猜想不成立的假設就被推翻，于是費馬猜想也被證明了。
于是真正的英雄出場了。安德魯懷爾斯在知道假設費馬猜想不成立引出的橢圓方程被證明不能模形式化后受到震撼，也備受鼓舞，于是重拾童年時的夢想于1986年開始了7年的秘密研究，目標就是證明谷山-志村猜想，也即等價證明費馬猜想。他先用一年時間思考用什么方法來證明，最后選定數學歸納法。他用群論的方法順利證明每個橢圓方程的E-序列第
一項都和某個模形式M-序列的第一項相等，第二步是個假設每個橢圓方程的E-序列第n項都和某個模形式M-序列的第n項相等，第三步是艱辛的，要證明如果第二步假設成立就每個橢圓方程的E-序列第n+1項都和某個模形式M-序列的第n+1項相等。開始他采用了經過自己加強的伊娃沙娃理論來證明第三步，但到了第5年他感到伊娃沙娃理論沒法得到他想要的結論。懷爾斯暫時結束半隱居狀態，回到學術圈，想看看別的數學家有沒有新的可利用的理論，他確實在老師的無意談論中找到了科利瓦金-弗萊切方法，這個方法正對懷爾斯的需要，他在強化這個方法后取得了突破進展，到1993年1月他第一次向一個他認為可靠的同事透露他的研究，并請他審閱自己的手稿。他們采用了一種狡黠的方式開展這項工作，由懷爾斯開了一門研究生課程“橢圓曲線的計算”，專門講他的手稿。這個叫凱茲的同事也坐在研究生們中間，很快枯燥艱深的演算把不明就里的研究生們都嚇跑了，凱茲成了唯一的聽眾，正好開展審閱手稿工作。1993年5月末，懷爾斯借助一個19世紀的數學構造完成了最后一簇橢圓方程的證明。93年6月23日懷爾斯在劍橋舉行的學術會議上公布了證明。會后200多頁的證明手稿被分成6部分由6名審稿人審稿。審稿采用審稿人在世界各地審稿，針對存在的問題用電子郵件向懷爾斯提問，開始進展順利，審稿人的問題被懷爾斯半天到3天就給以解答。但9月份還是那個凱茲同事提的一個問題徹底難住了懷爾斯，這個問題是“在半穩定情況下，塞爾默群的精確上界的計算還不完全”。在將近一年的彌補這個漏洞的掙扎中，數學界很焦急，也很騷動，大家要求懷爾斯公開手稿，大家來幫他，可懷爾斯拒絕了，最后有些數學家開始惡搞懷爾斯了，編他的愚人節笑話。第二年9月19日的清晨，懷爾斯又坐在書桌前檢查科利瓦金-弗萊切方法，這次他不是相信這個方法還能完成證明，而只是想看看它為啥行不通。突然靈光閃現，他突然發現科利瓦金-弗萊切方法本身行不通但卻可以使他拋棄的伊娃沙娃方法生效!有些事情就是這樣的，長期的努力本來就接近突破，但過份的執著和焦慮阻礙你的心智，所以沒法實現飛躍，但當你認為沒辦法了準備放棄，放松心態冷靜下來時反而靈感突發取得突破。當年阿難尊者被邀請在第一次佛經結集時口頌佛經，可他當時還沒有證阿羅漢果，沒有資格參加結集，所以他抓緊時間努力修行，爭取馬上證果，可越是緊越沒法達成心愿。到了結集這一天，尊者一看天都亮了，自己還沒證阿羅漢果，就想沒指望了，于是連日修行的疲憊身心放松下來，準備睡一下覺，當他往下躺，頭還沒碰到枕頭的空中夙世的因緣成熟，尊者一下子證得阿羅漢果!他得以參加結集，說了他的萬古名言“如是我聞”。
接下來事情就順利了，200頁的手稿被雙劍合璧地縮減成了130頁，最后發表在《數學年刊》1995年5月刊上。因為這個成果懷爾斯獲得了沃爾夫獎和菲爾茲特別獎(超齡，破格)。正義戰勝了邪惡，王子公主從此過上了幸福的生活。
注：本帖子取材于《費馬大定理》 上海譯文出版社
baryon定理的證明如下：
引理：大于3的素數加1或者減1就一定可以被6整除。
證明：素數加1或者減1就變成偶數，可以被2整除。素數不能被3整除，可表示為3n±1，那么它加1或者減1就一定能被3整除。這樣大于3的素數加1或者減1后同時有了因子2和3，所以一定可以被6整除。
定理：大于7的連續三個素數不可能呈公差為2的等差數列。
證明：設p、q和r為大于7的連續三個素數，根據引理他們可以分別表示為6l±1，6m±1和6n±1，其中n≥m≥l，且都≥1。p和q的差(6m±1)-(6l±1)可以表示為6(m-l)±2或者6(m-l)。同理q和r的差可以表示為6(n-m)±2或者6(n-m)。6(m-l)和6(n-m)是6的倍數(不含0)，所以不可能等于2。如果要形成公差為2的等差數列需要6(m-l)±2和6(n-m)±2同時為2。如果l≠m則，6(m-l)±2最小的取值是4，只有當l=m時，6(m-l)±2為2。同理6(n-m)±2也只有當n=m時可以等于2。這樣如果要6(m-l)和6(n-m)同時等于2必須l=m=n。假設存在一個大于
費馬大定理的巧妙證明范文第2篇
(營山中學四川營山 637700)
費馬大定理：一個正整數的三次以上的冪不能分為兩正整數的同次冪之和。即不定方程zn?xn?yn當n≥3時無正整數解。
證明：當n=2時，有z2?x2?y2
∴x2?z2?y2?(z?y)(z?y)(1)
令 (z?y)?2m2 則 z?y?2m2代入(1)得
x2?z2?y2?2m2(2y?2m2)?22m2(y?m2)?22m2l2
22∴x?2mly?l2?m2z?l?m
當n=3時，有z3?x3?y3
∴x3?z3?y3?(z?y)(z2?zy?y2)(2)
令 (z?y)?32m3 則 z?y?32m3代入(2)得
3x3?z3?y3?32m[ (y?32m3)2?(y?32m3)y?y2]
?32m3(3y2?3?32m3y?34m6)?33m3(y2?32m3y?33m6)
若方程z3?x3?y3有正整數解，則(y2?32m3y?33m6)為某正整數的三次冪，即
(y2?32m3y?33m6)?l3
∴ y(y?32m3)?l3?33m6?(l?3m2)(l2?3m2l?32m4)
則必有 y?(l?3m)和y?3m?(l?3ml?3m)，而y,m,l都取正整數時，這兩等式是不可能同時成立的。所以(y?3my?3m)?l不成立。即x不可能取得正整數。所以，當n=3時，方程z?x?y無正整數解。
當n>3時，同理可證方程z?x?y無正整數解。
定理得證。
費馬大定理的巧妙證明范文第3篇
費馬的兒子塞繆爾在費馬死后五年的1670年, 承擔了搜集其父親散落的數學思想的工作。在一本丟番圖的《算術》書中, 費馬看似隨意地寫到:“我已經發現了一個真正非同尋常的證據, 頁邊空白處太小, 寫不下。”
費馬提到的那個定理是勾股定理的延伸。在所有的數中, 有無數所謂的“畢達哥拉斯三元數組”, 其中兩個數的平方和等于第三個數的平方 (如32+42=52) 。費馬說這種關系不適用于立方數或更高次冪。僅僅通過反復試驗就能證明他好像是正確的, 但要證明這一點卻成為極為艱巨的工作。努力解決“費馬的最后定理”的數學家可以列出一個光榮榜, 但所有人的嘗試都失敗了。
至1993年, 計算機證明在400萬次冪之前費馬的最后定理是對的。但是還難說這就能嚴密地證明這一定理永遠正確。與此同時, 數學家們發現這一定理絕不僅僅是個數學怪題, 其正確與否還與宇宙的性質密切相關。1993年, 英國數學家安德魯·懷爾斯在劍橋的牛頓學院作了一系列講座, 最后證明這一定理正確。遺憾的是, 在多年隱居研究之后, 他發現自己以前的證明有一個很小但確是毀滅性的缺陷。遷至普林斯頓后, 他繼續努力研究, 于1995年在《數學年報》上發表了論文《模橢圓曲線與費馬的最后定理》, 解開了這個謎。