费马猜想“美妙证明”的三步重要性质(2)

2019-06-11 21:33

约去“重根约数”的“重根余约数方程”为:

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

已证明z 3 -(x 3+ y 3)= 0与〔z - ( x + c3 )〕3 = 0是同一个重根方程,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“重根余约数方程”仍然是同一个方程,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:

c3 a3 c32 c32

1 = - 3 (1 + x ) ,1- x2 = 3 (1 + x ) - (1 + x )

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,有正整数解不成立。

由(10)式的3次重根方程〔z -(x + 32c3)〕3 = 0约去“重根约数”的“重根余约数方程”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:

3

32c332c3232c32 3a1 = - 3(1+ x ) ,1– x = 3(1 + x ) - (1 + x )

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,有正整数解不成立。

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变形为方程组:

28

zx b - = yyaz xzxzx a( y )3 + y ( y )2 + ( y )2 y + ( y )3 = b

设y = ay1得:

z - x = by1……………………………………………………………(1)

3y1

z3 + xz2 + x2z+ x3 = a4 b …………………………………………(2)

参照n = 3时的(5)式又得

4x+ 6bxy1 + 4bxy1+ by1= ab………………………………(3) y13y13

有 b = 1 或 b > 1的两种取值。

y13

当 b = 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

y13

当 b >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

x+ 6bxy2 + 4bxy2+ 4by2= a

3

2

22

2

23

3

4 42

3

2

2

2

3

3

4 y1

3

y23b 42y23y13

只有 b = 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,b 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:

2y23

x+ 3bxy2 + 4 bxy2+ 2 by2= a b y13y132y232

此时 b 已余2个2因子即 b = 2,又存在两种情形:如果b含2因子使 b = 1

3

2

2

2

3

3

4

等式成立,设y2 = c,则y1 = 2c,b = 2c3,by1 = 22c4,代入(1)式、(2)式得:

z - ( x + 22c4 ) = 0

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

29

33

y23yy11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 =

bbb

23,设y2 = c,则y1 = 2c,b = c3,by1 = 2c4,代入(1)式、(2)式得:

z - ( 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不成立。在分析(3)式使等式成立必有两项不含4(n)因子或22(n)的y13 y1n-1

因子。通过对 b >1余因子的分析,印证了含n因子的关系式:b = Nipi,by1 = cnNin-pi,y1 = cNi。n为较大合数时可能得出更多组解,但亦同理。

30

关于实数z = r变形同次多项式恒等问题

费马猜想若zn = xn + yn有正整数解,则zn、xn、yn任何一个n次方数对于另两个n次方数均为确定的方根,所以费马猜想是正整数方根问题。正整数开n次方存在两种情形:一是“非0正整数方根” z = nxn + yn = r ;二是“0正整数重根” n zn -(xn + yn) = z – r = 0。这就需要首先讨论清楚当正整数z = r时 zn - rn = 0与(z – r)n = 0的关系。

对于多项式恒等问题,有定理:数域F上的两个多项式 f(x) = amxm + am-1xm-1 + … + a1x + a0

g(x) = bnx

n

+ bn-1xn-1 + … + b1x + b0

恒等的充要条件是它们的次数相同且同次项系数对应相等,即m = n,am = bn,am-1 = bn-1,… ,a1 = b1,a0 = b0。

当任何实数 z = r 时,它的变形同次多项式有两种情形: f(z)= zn - rn = 0 g(z)= ( z - r )n = 0 如果f(z)≡ g(z),那么就有

zn - rn ≡ zn -c1rzn-1 +cn2r2zn-2 -…±cnn?1rz rn n因为“同次项系数对应相等”,所以只有 r = 0 即

z = r = 0

这无疑是正确的,z = r = 0则f(z)≡ g(z)≡ 0。

但是,在z = r ≠ 0时,f(z)与 g(z)关系如何呢? 当z = r <0时,若n 为奇数有

f(z)= zn - rn = -|z|n +|r|n = 0 g(z)= (z – r )n = (-|z|+|r|)n = 0

所以f(z)≡ g(z)≡ 0;若n 为偶数有

f(z)= zn - rn =|z|n -|r|n = 0 g(z)= (z – r )n = (-|z|+|r|)n = 0

31

也是f(z)≡ g(z)≡ 0。

当z = r >0时,n为奇数或偶数均有

f(z)= zn - rn = ( z – r )n = 0 g(z)= (z – r )n = zn - rn = 0 所以f(z)≡ g(z)≡ 0。

一般性证明:若实数 z = r,有多项式

f(z)= zn - rn g(z)= (z - r )n 则f(z)≡ g(z)≡ 0。

证明:g(z)= (z – r )n展开式n为奇数或偶数有负、正项两种形式:

(z - r )n = zn - c1rzn-1 + cn2r2zn-2 -…±cnn?1rn-1zrn nn-1 nn22n-2 n?1n-11 2

cccc将z = r代入其中 - c1rz+ rz-… ± rz r 并化简得r(1 - + - … ± nnnnncnn?11 - 1)= - rn,又z – r = 0,得:

g(z)= (z – r )n = zn - rn = 0

因为f(z)= zn - rn,所以:

g(z)≡ f(z)≡ 0

定理:若实数 z = r,有多项式 f(z)= zn - rn 和 g(z)= (z – r )n ,则:

f(z)≡ g(z)≡ 0

但是,作为方程z = r,使

f(z)= zn - rn = 0 g(z)= (z – r )n = 0

二者是不完全相同的。g(z)= 0 有n个重根,与f(z)= 0只有一个同根,z = r;f(z)= 0,当n为奇数时除一个实数根外其余为虚数根,n为偶数时有两个相反的实数根其余为虚数根。作为方根(重根)非负实数z = r或z - r = 0,使 f(z)= 0 与g(z)= 0二者可以互相转化。费马猜想zn = xn + yn是“方根”(非0正整数方根同时又是0正整数重根)问题,而zn = xn + yn在等式改变时存在方程“根”的问题,实数开方的“方根”与方程求未知数的“根”是有本质区别的,论述过程中混淆了二者的关系就是错误的。

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