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第330章 熱爾曼素數(shù)

不會鉆牛角尖的!

既然蘇陌都已經(jīng)這么說了。

楊濟自然也不會過多的說什么。

“沒問題,你自己把控好就成,其實我覺得,費馬大定理他當初的時候,真的未必能夠全部證明出來,或者說這只是他的推論,畢竟當初就寫下了這么一個想法!”

“在十七世紀的時候,雖然數(shù)學蓬勃發(fā)展,但也不是萬能的!”

楊濟對此還是持有懷疑的觀點。

畢竟這個費馬定理,只是一道題而已。

這種東西就算是推導出來了,對學術界的貢獻也沒有那么大!

最多只能夠算是在某些方面比較好罷了!

“我也就是閑得無聊,而且費馬定理其實跟我現(xiàn)在證明的哥德巴赫猜想也是有相同的地方!”

蘇陌繼續(xù)說道,同時指著費馬定理的推論道:“這里面最感興趣的其實是熱爾曼素數(shù),對于質(zhì)數(shù)p來說,若2p + 1亦為質(zhì)數(shù),那么質(zhì)數(shù)p為索菲熱爾曼質(zhì)數(shù)。”

“索菲·熱爾曼證明了費馬最后定理對于這類質(zhì)數(shù)為真。且若x,y,z均為整數(shù),在xp + yp = zp這式子內(nèi),必有一項能被p整除。”

“但是這個素數(shù)也是存在著問題,那就是到底是否存在無限個熱爾曼素數(shù)?若是不存在無限個素數(shù)的話,那么是不是剛開始的證明就出現(xiàn)問題了?”

蘇陌指著書本上面的熱爾曼素數(shù)繼續(xù)開口道。

“這個證明其實有點意思,最開始是一個比較大的證明題,但是在求證的過程中,出現(xiàn)了一個小證明題,偏偏這個小證明題還不能夠得到證明,從而就仿佛像是套娃一樣,能夠無限地循環(huán)下去!”

“但是這個熱爾曼的素數(shù)永遠不會以7的個位數(shù)!”

“反證法:假設存在個位數(shù)為7的質(zhì)數(shù)p,將它表達成p=10k+7。根據(jù)索菲熱爾曼質(zhì)數(shù)的性質(zhì),2p + 1亦是質(zhì)數(shù),但2p + 1 = 2(10k +7)+ 1 = 20k + 15 = 5(4k + 3),2p + 1能被5整除,是合成數(shù),矛盾。”

“從這個里面我們能夠判斷出來,整個素數(shù)是不完全的,所以這么推導下去的話,這里面還蘊含著不少其他的東西,至少我們現(xiàn)在是沒有搞清楚的!”

蘇陌看著這個熱爾曼素數(shù)的問題,然后又想到了什么。

“若p > 3,且p為索菲熱爾曼質(zhì)數(shù),2p+1是梅森數(shù)Mp的因子。”

“其實整個素數(shù)的證明還是不完備的,這里面還誕生出了不少其他的東西,例如坎寧安鏈等問題,數(shù)列{p, 2p + 1, 2(2p + 1)+ 1,...}的索非熱爾曼質(zhì)數(shù)稱為第一類坎寧安鏈。除了首尾之外,這個數(shù)列中的項均同時為索非熱爾曼質(zhì)數(shù)和安全質(zhì)數(shù)。”

蘇陌看到這里的時候,也是稍微皺了下眉頭,然后開口道。

“當有解存在時,x、y或z中必有一個是n 的倍數(shù)。熱爾曼的方法被證明是有效的,按照她的方法,數(shù)學家陸續(xù)證明出了n=5以及n=7的情況。”

“但是這兩個問題,很快就被庫默爾的科學家,直接指出他們兩個人的證明中存在著漏洞,導致前面的兩個的科學家都是直接宣布失敗!”

蘇陌在這里介紹的時候,旁邊的楊濟一直都是在頻頻點頭,然后說出了直接梳理的內(nèi)容。

1753年瑞士著名數(shù)學家歐拉,在寫給哥德巴赫的信中說,他證明了n=3時的費馬猜想,1770年其證明發(fā)表在《代數(shù)指南》一書中,方法是“無限下降法”和形如數(shù)系的唯一因子分解定理,這一方法也被后人多次引用。

1816年巴黎科學院把費馬猜想轉(zhuǎn)化簡化歸結(jié)為n是奇素數(shù)的情況,認為費馬猜想應該成立,并稱之為費馬大定理(以區(qū)別費馬關于同余的小定理),并為證明者設立大獎和獎章,費馬大定理之謎從此進一步風靡全球。

費馬自己證明了n=4的情形。

十九世紀初法國自學成才的女數(shù)學家熱爾曼證明了當n和2n+1都是素數(shù)時費馬大定理的反例x,y,z至少有一個是n整倍數(shù)。在此基礎上,1825年德國數(shù)學家狄利克雷和法國數(shù)學家勒讓德分別獨立證明費馬大定理在n=5時成立,用的是歐拉所用方法的延伸,但避開了唯一因子分解定理。

1839年,法國數(shù)學家拉梅對熱爾曼方法作了進一步改進,并證明了n=7的情形,他的證明使用了跟7本身結(jié)合得很緊密的巧妙工具,只是難以推廣到n=11的情形;于是,他又在1847年提出了“分圓整數(shù)”法來證明,但沒有成功。

1844年,庫默爾提出了“理想數(shù)”概念,他證明了:對于所有小于100的素指數(shù)n,費馬大定理成立,此一研究告一階段。但對一般情況,在猜想提出的頭二百年內(nèi)數(shù)學家們?nèi)詫M馬大定理一籌莫展。

1847年,巴黎科學院上演戲劇性一幕,當時著名數(shù)學家拉梅和柯西先后宣布自己基本證明費馬大定理,拉梅還聲稱證明引用了劉維爾復數(shù)系中的唯一因子分解定理,劉維爾則說這一定理源自歐拉和高斯的思想。

大數(shù)學家都被扯入其中,似乎結(jié)論十分可靠。就在此時劉維爾宣讀了德國數(shù)學家?guī)炷瑺柕膩硇牛鞔_指出證明中的復數(shù)系的唯一因子分解定理并不普遍成立,于是拉梅和柯西的證明都是錯的。

大約在1850年前后,高斯的學生、德國數(shù)學家?guī)炷瑺柨吹轿ㄒ灰蜃臃纸馐欠癯闪⑹菤W拉、熱爾曼創(chuàng)立的試圖證明費馬大定理的方法關鍵,于是他創(chuàng)立了一種“理想數(shù)環(huán)”理論,據(jù)說這一思想也受其老師高斯啟發(fā),高斯表面上聲稱對費馬大定理不感興趣,實際上對n=7久思不解。

學生庫默爾運用獨創(chuàng)的“理想素數(shù)”理論,一下子證明了100以內(nèi)除37、59、67以外的所有奇數(shù)費馬大定理都成立,使證明問題取得了第一次重大突破。

庫默爾之后近半個世紀,費馬大定理證明都停滯不前,直到二十世紀前期大數(shù)學家勒貝格向巴黎科學院提交了一個費馬大定理的證明論稿,由于勒貝格當時的權威聲望,大家都以為這下問題解決了,但經(jīng)過廣泛傳閱其證明稿件,人們遺憾地發(fā)現(xiàn)大數(shù)學家的分析證明還是錯的。

楊濟老先生梳理整個費馬大定理的證明流程。

梳理前人的研究這個點,也是非常重要的,這樣你可以知道前人在證明過程中的思想路徑,他們到底是怎么進行下一步的計算,又是怎么得到最后的結(jié)果!

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