換句話說，在ｎ＞２時，
ｘｎ＋ｙｎ＝ｚｎ（１)
沒有正整數。這就是舉世聞名的費爾馬大定理。
“關於這個命題”，費爾馬說：“我有一個奇妙的證明，但這裏的空白太小了，寫不下。”
人們始終未能找到費爾馬的“證明”。很多數學家攻克這座城堡，至今未能攻克。所以，費爾馬大定理實際上是費爾馬大猜測。人們在費爾馬的書信與手稿中，隻找到了關於方程
ｘ４＋ｙ４＝ｚ４（２）
無正整數解的證明，恐怕他真正證明的“大定理”也就是這ｎ＝４的特殊情況。
既然（２）無正整數解，那麼方程
ｘ４ｋ＋ｙ４ｋ＝ｚ４ｋ（３）
無解（如果（３）有解，即有正整數ｘ０，ｙ０，ｚ０使
ｘ０４ｋ＋ｙ０４ｋ＝ｚ０４ｋ（３)
那麼（ｘ０ｋ）４＋（ｙ０ｋ）４＝（ｚ０ｋ）４
這與（２）無解矛盾！
同理，我們隻要證明對於奇素數Ｐ，不定方程
ｘｐ＋ｙｐ＝ｚｐ（４）
無正整數解，那麼費爾馬大定理成立（因為每個整數ｎ＞２，或者被４整除，或者有一個奇素數ｐ是它的因數）。
（４）的證明十分困難。在費爾馬逝世以後９０多年，歐拉邁出了第一步。他在１７５３年８月４日給哥德巴赫的信中宣稱他證明了在ｐ＝３時，（４）無解。但他發現對ｐ＝３的證明與對ｎ＝４的證時截然不同。他認為一般的證明（即證明（４）對所有的素數ｐ無正整數解）是十分遙遠的。
一位化名勒布朗的女數學家索菲·吉爾曼（１７７６—１８３１）為解費爾馬大定理邁出了第二步。她的定理是：
“如果不定方程
ｘ５＋ｙ５＝ｚ５
有解，那麼５｜ｘｙｚ。”
人們習慣把方程（４）的討論分成兩種情況。即：如果方程
ｘｐ＋ｙｐ＝ｚｐ
無滿足ｐ｜ｘｙｚ的解，就說對於ｐ，第一種情況的費爾馬大定理成立。
如果方程
ｘｐ＋ｙｐ＝ｚｐ
無滿足ｐ｜ｘｙｚ的解，就說對於ｐ，第二種情況的費爾馬大定理成立。
因此，吉爾曼證明了ｐ＝５，第一種情況的費爾馬大定理成立。她還證明了：如果ｐ與２ｐ＋１都是奇素數，那麼第一種情況的費爾馬大定理成立。她還進一步證明了對於≤１００的奇素數ｐ，第一種情況的費爾馬大定理成立。
在歐拉解決ｐ＝３以後的９０餘年裏，盡管許多數學家企圖證明費爾馬大定理，但成績甚微。除吉爾曼的結果外，隻解決了ｐ＝５與ｐ＝７的情況。
攻克ｐ＝５的榮譽由兩位數學家分享，一位是剛滿２０歲、初出茅廬的狄利克雷，另一位是年逾７０已享盛名的勒仕德。他們分別在１８２５年９月和１１月完成了這個證明。
ｐ＝７是法國數學家拉梅在１８３９年證明的。
這樣對每個奇素數ｐ逐一進行處理，難度越來越大，而且不能對所有的ｐ解決費爾馬大定理。有沒有一種方法可以對所有的ｐ或者至少對一批ｐ，證明費爾馬大定理成立呢？德國數學家庫麥爾創立了一種新方法，用新的深刻的觀點來看費爾馬大定理，給一般情況的解決帶來了希望。
庫麥爾利用理想理論，證明了對於ｐ＜１００費爾馬大定理成立。巴黎科學院為了表彰他的功績，在１８５７年給他獎金３０００法郎。
庫麥爾發現伯努列數與費爾馬大定理有重要聯係，他引進了正規素數的概念：如果素數ｐ不整除Ｂ２，Ｂ４……Ｂｐ－３的分母，ｐ就稱為正規素數，如果ｐ整除Ｂ２，Ｂ４……Ｂｐ－３中某一個的分母就稱為非正規素數。例如５是正規數，因為Ｂ２的分母是６而５×６。７也是正規素數，因為Ｂ２的分母是６，Ｂ４的分母是３０，而７×６，７×３０。
１８５０年，庫麥爾證明了費爾馬大定理對正規素數成立，這一下子證明了對一大批素數ｐ，費爾馬大定理成立。他發現在１００以內隻有３７、５９、６７是非正規素數，在對這三個數進行特別處理後，他證明了對於ｐ＜１００，費爾馬大定理成立。
正規素數到底有多少？庫麥爾猜測有無限個，但這一猜測一直未能證明。有趣的是，１９５３年，卡利茨證明了非正規素數的個數是無限的。
近年來，對費爾馬大定理的研究取得了重大進展。１９８３年，西德的伐爾廷斯證明了“代數數域Ｋ上的（非退化的）曲線Ｆ（ｘ，ｙ）＝０，在出格ｇ＞１時，至多有有限多個Ｋ點。”
作為它的特殊情況，有理數域Ｑ上的曲線
ｘｎ＋ｙｎ－１＝０（５）
在虧格ｇ＞１時，至多有有限多個有理點。
這裏虧格ｇ是一個幾何量，對於曲線（５），ｇ可用
g=（n-1）(n-2)2
來計算，由（６）可知在ｎ＞３時，（５）的虧格大於１，因而至多有有限多個有理點（ｘ，ｙ）滿足（５）。
方程
ｘｎ＋ｙｎ＝２ｎ
可以化成
x2n+y4n-1=0
改記x2,y2為（ｘ，ｙ），則（７）就變成（５）。因此由（５）隻有有限多個有理數解ｘ、ｙ，立即得出（１）隻有有限多個正整數解ｘ、ｙ、ｚ，但這裏把ｘ、ｙ、ｚ與ｋｘ、ｋｙ、ｋｚ（ｋ為正整數）算作同一組解。
因此，即使費爾馬大定理對某個ｎ不成立，方程（７）有正整數解，但解也至多有有限組。
１９８４年，艾德勒曼與希思布朗證明了第一種情況的費爾馬大定理對無限多個ｐ成立。他們的工作利用了福夫雷的一個重要結果：有無窮多個對素數ｐ與ｑ，滿足ｑ｜ｐ－１及ｑ＞ｐ２／３個。而福夫雷的結果又建立在對克路斯特曼的一個新的估計上，後者引起了不少數論問題的突破。
現在還不能肯定費爾馬大定理一定正確，盡管經過幾個世紀的努力。瓦格斯塔夫在１９７７年證明了對於ｐ＜１２５０００，大定理成立。最近，羅寒進一步證明了對於ｐ＜４１００萬，大定理成立。但是，費爾馬大定理仍然是個猜測。如果誰能舉出一個反例，大定理就被推翻了。不過反例是很難舉的。
速度趣題
１．自行車和蒼蠅
兩個男孩各騎一輛自行車，從相距２０千米的兩個地方，開始沿直線相向騎行。在他們起步的那一瞬間，一輛自行車車把上的一隻蒼蠅，開始向另一輛自行車徑直飛去。它一到達另一輛自行車車把，就立即轉向往回飛行。這隻蒼蠅如此往返，在兩輛自行車的車把之間來回飛行，直到兩輛自行車相遇為止。
如果每輛自行車都以每小時１０千米的高速前進，蒼蠅以每小時１５千米的高速飛行，那麼，蒼蠅總共飛行了多少千米？
每輛自行車運動的速度是每小時１０千米，兩者將在１小時後相遇於２０千米距離的中點。蒼蠅飛行的速度是每小時１５千米，因此在１小時中，它總共飛行了１５千米。