因为p是质数,得“约数方程”及“余约数方程”为:
x – 2 = 0…………………………………… ………………………(3.2)
x2 + x + 1– p = 0…………………………………… ………………(3.3) 所以x = 2、p = 7。如果按不定方程的因式关系(3.2)式、(3.3)式是(3.1)式的因式,但却不然:
x2 + 2x + 4
x - 2︱x3 -1 - p
x3 - 2x2
2x2
2x2 - 4x 4x-1 4x-8 7-p=0
由此得x2 – 1 – p =(x – 2)(x2 + 2x + 4)= 0。而(3.3)式
x2 + x + 1 – p = x2 + x – 6 = 0
其中一个根x = 2与(3.2)式同解,另一个根x = - 3是增根。因而余约数方程(3.3)式不是(3.1)式的因式,未知数y从属于x,p是受x有正整数(质数)解所制约的定值。
如果以F表示原不定方程,以F1、F2表示两个约数方程,F0表示原方程F1的余因式,X为主元,则“主元不定方程”的一般表达式:
F(X ,y,…,z)= F1(X ,y,…,z)* F0(X ,y,…,z)= 0
F1(X ,y,…,z)= 0 (是约数方程,为原方程的因式)
F2(X ,y,…,z)= 0 (是余约数方程,非原方程因式) F0(X ,y,…,z) (是原方程的余因式)
4.费马猜想不定方程约数因式的一般性与特殊性
首先zn = xn + yn是不定方程,具有不定解的本性;但是,它却可以确定以“z”为方根解问题的主元方程,在“因式”关系上与一般方程同理,因而必须明确它的“约数方程” 和“余约数方程”与原方程的的关系。由《“方根(或重根)余约数方程”唯一性定理证明费马猜想》文中的论证,仅以其中(8)式、(9)式为例:
z - (x + cn) = 0 …………………………………………F1〔原稿(8)式〕 zn-1+ xzn-2 + x2zn-3 + … + xn-2z +(xn-1- an)= 0 ………F2〔原稿(9)式〕
当方根zn -(xn + yn)= zn – [xn +(ac)n] = zn - (x + cn )n = 0时的方根因式为:
zn-1 + xzn-2 +… + xn-2z + xn-1 z-x-cn︱z n -xn-ancn zn-xzn-1-cnzn-1
38
nn-1
cz+xzn-1 -xn-ancn
xzn-1-x2zn-2-cnxzn-2
cnzn-1+cnxzn-2+x2zn-2 -xn-ancn
… ……
cnzn-1+cnxzn-2+…+cnxn-3z2+xn-2z2 -x-ancn
xn-2z2-xn-1z-cnxn-2z cnzn-1+cnxzn-2+…+cnxn-3z2+cnxn-2z+xn-1z -xn-ancn xn-1z-xn-cnxn-1
cnzn-1+cnxzn-2+…+cnxn-3z2+cnxn-2z+cnxn-1-ancn = 0
zn-1 + xzn-2 + … + xn-3z2 + xn-2z + xn-1- an = 0
于是F0(Z,x,y)= zn-1 + xzn-2 + … + xn-2z + xn-1,则zn -(xn + yn)= 0的因式分解为:
F(Z,x,y)= zn -(xn + yn) = (z - x - cn)( zn-1 + xzn-2 + … + xn-2z + xn-1) = 0
即F(Z,x,y)= F1F0,F1(Z,x,y)、F0(Z,x,y)是F(Z,x,y)= 0的因式,所以方根时F2 = zn-1 + xzn-2 + … + xn-3z2 + xn-2z + xn-1- an = 0不是原方程的因式。
当重根zn -(xn + yn)= zn – [xn +(ac)n] = [ z -(x + cn)] n = 0的重根因式为:
zn-1 -cn?1(x+cn)zn-2 + … 1
cn?1(x+c)z ± (x+c)
n?2nn-2nn-1
z -(x+cn)︱z n -xn-ancn zn- (x+cn) zn-1
(x+cn) zn-1 -xn-ancn
-cn?1(x+cn)zn-1 +cn?1(x+cn) 2 zn-2 1
12
1 cn(x+cn)zn-1 -cn?1(x+cn)2zn-2 -xn-ancn
… 12 cn(x+cn)zn-1 -cn(x+cn)2zn-2 +…… -xn-ancn
cn?1(x+cn)n-2z2 ±cn?1(x+cn)n-1z n?2n?212 cn(x+cn)zn-1 -cn(x+cn)2 zn-2 + … cn?1(x+cn)n-1z -xn-ancn
n?2 ±(x+cn)n-1z cn(x+c)z-cn(x+c)z+…
121(x+cn)n
nn-12n2n-2
cnn?1(x+cn)n-1z ±(x+cn)n - (xn+ancn)= 0
n?1 zn-1-cn(x+cn)zn-2+cn(x+cn)2zn-3 -…±cn(x+cn)n-1(x+cn)n-1 = 0
?2于是F0(Z,x,y)= zn-1-c1(x+cn)zn-2 +…cnn?(x+cn)n-2z ±(x+cn)n-1 = [z-(x+cn)] n-1,n?11则zn -(xn + yn)= 0的因式分解为:
F(Z,x,y)= zn -(xn + yn) = [z -(x + cn)][z -(x + cn)]n-1 = 0
39
即F(Z,x,y)= F1F0,F1(Z,x,y)、F0(Z,x,y)是F(Z,x,y)= 0的因式, 而这时“余约数方程”F2(Z ,x,y)为:
zn-1-c1(x+cn)zn-2+cn2(x+cn)2zn-3-…±cnn?1(x+cn)n-1(x+cn)n-1 = 0 n zn-c1(x+cn)zn-1+cn2(x+cn)2zn-2-…±cnn?1(x+cn)n-1z(x+cn)n -zn + (xn+ancn)=0 nzn - xn = ancn
zn-1+ xzn-2 + x2zn-3 + … + xn-2z +(x n-1- an) = 0
nn-2n2n-3nn-1nn-1 n-1n-2 2n?1cc所以重根时zn-1-c1(x+c)z+(x+c)z -…±(x+c)(x+c)= 0与z+ xz+ nnnx2zn-3 + … + xn-2z +(x n-1- an) = 0是等价的,同样F2 = 0不是原方程的因式。
通过分析证明,可用约数分析法求解的不定方程分为“权元不定方程”和“主元不定方程”两类,区别在于“余约数方程”与因式的关系,为费马猜想方程用“方根(或重根)余约数方程”检验“方根(重根)约数方程”有无正整数解提供了理论依据,明确了用“方根(或重根)余约数方程”的关系检验“方根(重根)约数方程”有无正整数解的方法是正确的。
40
用“勾股定理”及“勾股弦数”不能证明费马猜想
有人企图利用“勾股定理”或其正整数解公式“勾股弦数”证明费马猜想,都是不可能的。因为“勾股定理”及其正整数解公式“勾股弦数”有一个重要特点:
x2 + y2 = z2
其中x、y一个必为偶数另一个为奇数,z必为奇数。由此决定了用“勾股定理”及“勾股弦数”必使
xn + yn = zn
中x、y一个为偶数另一个为奇数,z为奇数。然而,当n为奇数时存在x、y两数为奇数z为偶数使xn + yn = zn等式成立的条件。
证明:设x、y为奇数,z为偶数:
x = 2h –1,y = 2d –1,z = 2f
有
(2h – 1)n + (2d – 1)n = (2f)n 因为n为奇数,展开上式:
2nhn –c12 n-1hn-1 +…–cnn?222h2 + cnn?12h –1 + n 2ndn –c12 n-1dn-1 +…–cnn?222d2 + cnn?12d –1 = 2nfn n整理
2n-1(hn +dn)–c12n-2(hn-1 + dn-1)+…– n cnn?22(h2 + d2)+ cnn?1( h + d) –1= 2n-1fn ……F(h,d,f)
因为n ≥ 3,所以F(h,d,f)式右边一定是偶数,左边2n-1(hn +dn )–c12n-2(hn-1+dn-1)n+…–cnn?22(h2 + d2)也一定是偶数,那么所余项
cnn?1( h + d) – 1
是什么样的数呢cnn?1= n是奇数,因为h、d取任何正整数 x = 2h – 1、y = 2d – 1均为奇数。如果h、d同时取偶数或同时取奇数使
cnn?1( h + d) – 1
均为奇数,则F(h,d,f)式左边为奇数,右边为偶数,不能为等式;如果h、d一个
41
取偶数另一个取奇数使
cnn?1( h + d) – 1
为偶数,则F(h,d,f)式左边为偶数,右边为偶数,等式存在可能成立的条件。 因此当n为奇数时存在x、y两数为奇数z为偶数使xn + yn = zn等式可能成立的结果。而用“勾股定理”及“勾股弦数”即使证明是正确的也只能是x、y两数为一奇数一偶数的部分数域,不能含概x、y两数同为奇数的数域,所以不能证明费马猜想。
42