第六卷 近代前期的科學 第43章 費爾馬猜想
笛卡爾創立了解析幾何,而法國另一位數學家費爾馬不但在解析幾何中做出了實質性的貢獻,還討論了空間解析幾何學的部分內容,並第一次把三元方程應用於空間解析幾何學。
提起費爾馬,至今還有一道難題,有待科學家們去解決,這就是費爾馬猜想。
1908年,德國哥庭根科學院按照德國數學家俄爾夫斯開耳的遺囑,把他的10萬馬克作為"費爾馬大定律"的證明獎金,向全世界征答。
證明解答"費爾馬大定律"的期限是100年,直到公元2007年均有效。一時間,數學界空前活躍起來,科學家、工程師及各種人等紛紛投入證明中去。
"費爾馬大定律"就是曆史上有名的費爾馬猜想。
這一猜想是費爾馬在閱讀古希臘大數學家丟番圖的《算術》一書時,在書頁邊的空白處寫下的一段話。曆史上戲稱這個定理叫做"書頁邊上的定理",即:
"任何一個數的立方不能分解為兩個立方之和;任何一個數的四次方不能分解為兩個四次方之和;更一般的,除二次冪外,兩個數的任何次冪的和都不可能等於第三個具有同次冪的數。"
最後,費爾馬還寫道:我已找到了這個斷語的絕妙證明,但是,這書的頁邊太窄,不容我把證明寫出來。"
費爾馬的這段筆記,用數學語言表達,就是:
形如an+bn=cn的方程,當n>2時,不可能有正整數解。這就是有名的"費爾馬大定理"或"費爾馬猜想"。
費爾馬是怎樣證明的,人們找遍了所有他的文稿和筆記,均未尋到。所以,這成為數學上的曆史難題。
許多數學家如歐拉、勒讓德、高斯、阿爾貝、狄利克雷、拉梅、柯西、範迪維爾、林德曼等為研究這個問題,甚至獻出了畢生的精力,但至今尚未獲得解決。
費爾馬於1601年8年20日生於法國,自幼就受到良好的教育。他少年時代,聰明好學、才思敏捷,尤其對數學表現出了極其濃厚的興趣。
但是由於家庭關係,費爾馬在大學裏攻讀的是法律,畢業後當上了律師,後來做了官。他為官清正廉明,恪守公職,業餘時間博識廣聞、飽覽群書,由於他精通數學,因而被譽為"業餘數學家之王"。
費爾馬十分熱愛科學、迷戀數學,他經常提出許多數學問題和猜想,與當時著名的數學家們磋商。他還時常和笛卡爾、巴斯嘉、惠更斯等科學上的友人,通信交流數學研究工作的信息。
費爾馬有個"不動筆墨不讀書"的習慣,讀書時愛在書上勾勾畫畫,圈點批注,抒發見解與議論。直到他逝世,也沒有完整的著作問世,這是他的獨特之處。
雖然他沒有學術著作,但他對數學上的貢獻是巨大的。如他對笛卡爾的解析幾何提出許多建設性的修改意見,並和笛卡爾成為感情至深的朋友。
在數學分析方麵,當時微積分還沒有形成,但費爾馬卻開了先河,他從幾何學的角度出發,第一次獲得求函數極值的法則。
因而,微積分的發明人牛頓坦率地說:"我從費爾馬的切線作法中得到了這種方法的啟示,我推廣了它,把它直接地並且反過來應用於抽象方程上。"
可以這樣說,費爾馬是在牛頓、萊布尼茨之前,為微積分做出最多貢獻之人。
費爾馬最喜歡研究整數論,所以他在數論方麵的科學發現顯得更加偉大。
1640年,費爾馬給朋友寫信(請讀者注意,若有興趣,不妨小試身一手):
"如果整數a不能被素數p整除,那麼ap-1-1必定能被素數p整除。"
這就是初等數論中有名的定理之一,即費爾馬小定理。
例如:我們要研究26-1這個數能否被7整除,根據費爾馬小定理,得:26-1=27-1-1故知26-1能被7整除。
在費爾馬一生的大量成就中,有兩個著名的猜想,下麵分別給以介紹。
一是他的素數公式,即形如P=22t+1(當t逐一用整數代替時),P一定是一個素數。然而1732年25歲的數學家歐拉發現:
225+1=4,294,967,297=641×6,700,417。所以這個數不是素數,而是一個合數,從而推翻了費爾馬的猜想。
另外一個就是前文所述的用10萬馬克來獎勵證明的"費爾馬大定理"。
到目前為止,對於n<106,猜想已獲得證明,據說,最大的奇數已接近41000000左右。
1665年1月12日,這位卓越的數學家在圖魯斯逝世。後來由他的兒子薩繆爾·費爾馬將父親的筆記、批注及書信加以整理彙成了費爾馬的第一部論著《數學論集》。
費爾馬,科學的猜想者。