第三章趣味數學之謎1
現代數學的三大難題
費爾馬是法國數學家，生於1601年。他在法國杜魯茲學習法律並以律師為職業，數學隻是他的業餘愛好。他的成就並不在於他曾經承辦過什麼驚天動地的大案要案，或是以他的能言善辯使某個死刑犯無罪開釋。
他的名字之所以流傳千古主要因為他“不務正業”地在數學領域中的取得許多偉大成就。他對數論和微積分作出了一流的貢獻，他也是解析幾何的發明者之一，並且與帕斯卡一起建立了概率論的基礎，他一生很少發表數學論文，他的研究成果是在他死後由他的兒子整理出版的。
1621年，費爾馬買了一本古代數學家丟番都的《算術》的法譯本開始研讀，直到他死後，人們發現在這本書中關於不定方程“x2+y2=z2”的全部正整數解的那一頁上，費爾馬用拉丁文寫了一段話：“任何一個數的立方，不能分解成兩個數的立方和，任何一個數的四次方，不能分解為兩個數的四次方的和。一般來說，任何次冪，除平方以外，不能分解成其他兩個同次冪之和。”
這段話，用現在的數學語言說，就是：當n為大於2的整數時，方程xn+yn=zn不可能有整數解。這就是被稱為近代數學三大難題之一的“費爾馬大定理”。三百多年來，許多數學家對這個“定理”進行了證明，陸續取得進展，直到1993年，才為英國數學家懷爾斯徹底證明。當然，他的證明還有待權威數學家們仔細地審查。
哥德巴赫是普魯士派往俄國的一位公使，後來，他成了一名數學家。他常與歐拉通信討論數學問題。1742年，哥德巴赫在與歐拉的通信中提出了一個猜想。這封信及歐拉的回信傳播出來後，數學家把他們通信中提出的問題，叫做哥德巴赫猜想：
“每一個大於或等於6的偶數，都可以表示為兩個奇素數的和。每一個大於或等於9的奇數，都可以表示為三個奇素數的和。”
1930年，數學家西涅日爾曼證明了“每一個大於或等於2的整數，都可以表示為不超過c個素數的和。”還估算了c不會超過s，s≤800000。以後數學家又把s的值縮小。1937年得到s≤67。
1937年，蘇聯名家維諾格拉多夫證明了：“充分大的奇數，都可表示為三個奇素數的和。”可是他估算的這個“充分大的數”實在太大了。
這時又有人從另一方麵著手，改為證明：“每一個充分大的偶數，都是素因子個數不超過m與n的兩個數的和。”這個命題簡記為“m+n”：如果能證明“1+1”，哥德巴赫猜想就算是解決了。
1920年，挪威數學家布朗證明了“9+9”；德國數學家拉代馬哈於1924年證明了“7+7”；英國數學家埃斯特曼1932年證明了“6+6”……三十年代，我國數學家華羅庚證明了“幾乎所有的”偶數“1+1”成立。
1956年我國數學家王元證明了“3+4”；同年蘇聯數學家維諾格拉多夫證明了“3+3”；1957年王元又證明了“2+3”；1962年我國數學家潘承洞證明了“1+5”；1963年，王元、潘承洞、巴爾巴恩又分別證明了“1+4”；1965年，維諾格拉多夫，朋比尼，布赫夕塔夫又證明了“1+3”。
1966年，我國數學家陳景潤宣布證明了“1+2”。至1973年，陳景潤的論文正式發表，在世界上引起轟動。這是迄今為止最好的結果。
“近代三大難題”中的另一題是“四色問題”，這是由英國人克裏斯1852年提出來的。他在給他的兄弟費雷綴克的信中寫道：“畫在一張紙上的每一幅地圖，都可隻用四種顏色著色，就能使有共同邊界的國家有不同的顏色。”有很多人都想證明這個問題，但後來卻發現他們的證明不嚴密。
電子計算機的飛速發展為這些難題的攻克創造了條件。許多數學家把證題思路設計成程序而把繁複的運算交給計算機去完成。這樣一來，先後有好幾個數學家宣布他們在計算機上證明了“四色定理”。
這幾個定理的證明過程中，數學家們創造了許多新的方法。這些方法本身的意義就不亞於他們要證的定理。三百多年來，為了解決這些難題，數學家們付出了艱巨的努力。他們鍥而不舍，勇於探索的精神，值得我們學習。
回數猜想
一提到李白，人們都知道這是我國唐代的大詩人，如果把“李白”兩個字顛倒一下，變成“白李”，這也可以是一個人的名字，此人姓白名李。像這樣正著念、反著念都有意義的語言叫做回文，比如“狗咬狼”、“天和地”、“玲玲愛毛毛”，一般說來，回文是以字為單位的，也可以以詞為單位寫回文，回文與數學裏的對稱非常相似。
如果一個數，從左右兩個方向來讀都一樣，就叫它為回文數，比如１０１，３２１２３，９９９９等都是回文數。
數學裏有個有名的“回數猜想”，至今沒有解決，取一個任意的十進製數，把它倒過來，並將這兩個數相加，然後把這個和數再倒過來，與原來的和數相加，重複這個過程直到獲得一個回文數為止。
例如６８，隻要按上麵介紹的方法，三步就可以得回文數１１１１。
68+86154+451605+5061111
“回數猜想”是說：不論開始時采用什麼數，在經過有限步驟之後，一定可以得到一個回文數。
還沒有人能確定這個猜想是對的還是錯的，１９６這個三位數可能成為說明“回數猜想”不成立的反例，因為用電子計算機對這個數進行了幾十萬步計算，仍沒有獲得回文數，但是也沒有人能證明這個數永遠產生不了回文數。
數學家對同時是質數的回文數進行了研究，數學家相信回文質數有無窮多個，但是還沒有人能證明這種想法是對的。
數學家還猜想有無窮個回文質數時，比如３０１０３和３０２０３，它們的特點是，中間的數字是連續的，而其他數字都是相等的。除１１外必須有奇數個數字，因為每個有偶數個數字的回文數，必然是１１的倍數，所以它不是質數，比如１２５５２１是一個有６位數字的回文數，按著判斷能被１１整除的方法：它的所有偶數位數字之和與所有奇數位數字之和的差是１１的倍數，那麼這個數就能被１１整除，１２５５２１的偶數位數字是１，５，２；而奇數位數字是２，５，1，它們和的差是
（１＋５＋２）－（２＋５＋１）＝０，
是１１的倍數，所以１２５５２１可以被１１整除，且
１２５５２１÷１１＝１１４１１。
因而１２５５２１不是質數。
在回文數中平方數是非常多的，比如，
１２１＝１１２，
１２３２１＝１１１２，
１２３４３２１＝１１１１２，
……
１２３４５６７８９８７６５４３２１＝１１１１１１１１１２，
你隨意找一些回文數，平方數所占的比例比較大。
立方數也有類似情況，比如，１３３１＝１１３，１３６７６３１＝１１１３
這麼有趣的回文數，至今還存在著許多不解之謎。
千古之謎
現代數論的創始人、法國大數學家費爾馬（１６０１—１６６５），對不定方程極感興趣，他在丟番圖的《算術》這本書上寫了不少注記。在第二卷問題８“給出一個平方數，把它表示為兩個平方數的和”的那一頁的空白處，他寫道：“另一方麵，一個立方不可能寫成兩個立方的和，一個四方不可能寫成兩個四方的和。一般地，每個大於２的冪不可能寫成兩個同次冪的和。”