РефератыМатематикаДоДоказательство великой теоремы Ферма для четных показателей степени

Доказательство великой теоремы Ферма для четных показателей степени

Файл
: FERMA-2mPF-for


©
Н
.
М
.
Козий
, 2007


Авторские права защищены свидетельствами Украины


№ 27312 и № 28607


ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ВЕЛИКОЙ ТЕОРЕМЫ ФЕРМА ДЛЯ ЧЕТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТЕПЕНИ


Великая теорема Ферма формулируется следующим образом: диофантово уравнение(http://soluvel.okis.ru/evrika.html):


А
n

+ В
n

= С
n

/1/


где n
- целое положительное число, большее двух, не имеет решения в целых положительных числах.


Суть Великой теоремы Ферма не изменится, если уравнение /1/ запишем следующим образом:


А
n

= С
n


n

/2/


Пусть показатель степени n
=2
m
. Тогда уравнение /2/ запишется следующим образом:


А2

m

= С2

m

–В2

m

/3/


Для доказательства великой теоремы Ферма используем алгебраическое доказательство теоремы Пифагора.


АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ТЕОРЕМЫ ПИФАГОРА (Решение уравнения теоремы Пифагора в целых числах)


Теорема Пифагора формулируется следующим образом: в прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов:


С2
=А2
+ В2
,

/4/


где: С
– гипотенуза; А
и В
– катеты.


Существуют прямоугольные треугольники, у которых стороны А
, В
и С
выражаются целыми числами. Такие числа называются пифагоровыми.


Рассматривая уравнение теоремы Пифагора как алгебраическое уравнение, докажем, что существует бесконечное количество прямоугольных треугольников, в которых их стороны выражаются целыми числами или, что одно и тоже, уравнение /4/ имеет бесконечное количество решений в целых числах.


Суть теоремы Пифагора не изменится, если уравнение /4/ запишем следующим образом:


А2
= С2
–В2

/5/


Для доказательства теоремы Пифагора методами элементарной алгебры используем два известные в математике метода решения алгебраических уравнений: метод решения параметрических уравнений и метод замены переменных.


Уравнение /5/ рассматриваем как параметрическое уравнение с параметром A
и переменными B
и С
. Уравнение /5/ в соответствии с известной зависимостью для разности квадратов двух чисел запишем в виде:


А2
=(

C
-
B
)∙(
C
+
B
)
/6/


Используя метод замены переменных, обозначим:


C
-
B
=
M
/7/


Из уравнения /7/ имеем:


C
=
B
+
M
/8/


Из уравнений /6/, /7/ и /8/ имеем:


А2
=

M
∙ (
B
+
M
+
B
)=
M
∙(2
B
+
M
) = 2
BM
+
M
2

/9/


Из уравнения /9/ имеем:


А2
-

M
2

=2
BM
/10/


Отсюда: B =
/11/


Из уравнений /8/ и /11/ имеем:


C= /12/


Таким образом: B = /
13/


C
/14/


Из уравнений /11/ и /12/ следует, что необходимым условием для того чтобы числа В
и С
были целыми, является делимость числа A
2

на число M
, т. е. число M
должно быть одним из сомножителей, входящих в состав сомножителей числа А
или A
2

.


Числа А и
M
должны иметь одинаковую четность
.


По формулам /13/ и /14/ определяются числа B
иC
как переменные, зависящие от значения числа А
как параметра и значения числа M
.


Из изложенного следует:
1. Квадрат простого числа A
равен разности квадратов одной пары чисел B
иC
(
приM
=1).
2. Квадрат составного числа A
равен разности квадратов одной пары или нескольких пар чисел B
иC
.
3. Квадрат числа Am

равен разности квадратов нескольких пар чисел.
4. Все числа A
> 2
являются пифагоровыми.


Таким образом, существует бесконечное количество троек пифагоровых чисел А
, В
и С
и, следовательно, бесконечное количество прямоугольных треугольников, у которых стороны А
, В
и С
выражаются целыми числами.


ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ВЕЛИК

ОЙ ТЕОРЕМЫ ФЕРМА


Вариант 1


Уравнение /3/ с учетом уравнений /5/ и /6/ запишем следующим образом:


А2

m

= С2

m

–В2

m

=(С
m

–В
m

)∙(С
m


m

)
/15/


Тогда в соответствии с уравнениями /13/ и /14/ запишем:


Bm

=
/16/


Cm

/17/


Из уравнений /16/ и /17/ следует, что необходимым условием для того чтобы числа В
и С
были целыми, является делимость числа A
2

m

на число M
, т. е. число M
должно быть одним из сомножителей, входящих в состав сомножителей числа А
или A
2

m

.Следовательно, число A
2

m

должно быть равно:


A
2

m

=
M
·
D
,
/18/


где D
– целое число.


Тогда : Bm

=
/19/


А число Cm

с учетом уравнения /8/ равно:


Cm

=
Bm

+
M
=
/20/


Тогда из уравнений /19/ и /20/ следует:


B
=
/21/


C
/22/


Если допустить, что В –
целое число, то из уравнения /22/ следует, что число С
не может быть целым числом, так как сомножители в скобках в подкоренных выражениях в уравнениях /21/ и /22/ отличаются всего на 1.


ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ВЕЛИКОЙ ТЕОРЕМЫ ФЕРМА


Вариант 2


Выше в доказательстве теоремы Пифагора доказано, что все натуральные числа являются пифагоровыми. Следовательно, все натуральные числа распределяются на тройки пифагоровых чисел и, следовательно, все тройки пифагоровых чисел удовлетворяют уравнению /4/:


С2
=А2
+ В2

/23/


Пифагоровы числа (А, В, С)
могут быть истолкованы как длины сторон прямоугольного треугольника, а их квадраты могут быть истолкованы как площади квадратов, построенных на гипотенузе и катетах этого треугольника. Умножив приведенное уравнение на С,
получим:


С3
=А2
∙ С+ В2
· С

/24/


Из уравнения /24/ следует, что объем куба раскладывается на два объема двух параллелепипедов. Поскольку очевидно, что в уравнении /23/ А<
C
и В<
C
,
то из уравнения/24/ следует:


С3
>А3
+ В3

/25/


На всем множестве троек пифагоровых чисел ( а все натуральные числа образуют тройки пифагоровых чисел) при показателе степени n
=3
не может быть ни одного решения уравнения /1/:


А
n

+ В
n

= С
n


Следовательно, на всем множестве натуральных чисел невозможно куб разложить на два куба.


Умножив уравнение /23/ на С2
,

получим:


С2
∙С2
=А2
·С2
+ В2
∙С2

/26/


Все члены этого уравнения представляют собой объемы параллелепипедов:


параллелепипед С2
∙С2

имеет в основании квадрат со стороной С
и высоту С2
;


параллелепипед А2
∙С2

имеет в основании квадрат со стороной А
и высоту С2
;


параллелепипед В2
∙С2

имеет в основании квадрат со стороной В
и высоту С2
.


Следовательно, в соответствии с уравнением /26/ объем одного параллелепипеда разложился на сумму объемов двух параллелепипедов.


Поскольку, как показано выше, А<
C
и В<
C
,
то из уравнения/26/ следует:


С4
>А4
+ В4

/27/


В общем случае уравнение /26/ можно записать следующим образом:


С2
∙С

n

-2

=А2
·С

n

-2

+ В2
∙С

n

-2

/28/


С
n

=А2
·С

n

-2

+ В2
∙С

n

-2

/29/


Следовательно, в соответствии с уравнениями /28/ и /29/ объем одного параллелепипеда разложился на сумму объемов двух параллелепипедов. Поскольку, как показано выше, А<
C
и В<
C
,
то из уравнения/29/ следует:


С
n


n

+ В
n

/30/


Таким образом, великая теорема Ферма не имеет решения в целых положительных числах при четных показателях степени.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Доказательство великой теоремы Ферма для четных показателей степени

Слов:1225
Символов:11776
Размер:23.00 Кб.