- 臭打游戏的长毛
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一定要采纳,找的我很辛苦!!!!!!!!!!!!!!
费马大定理:方程xm+ym=zm,其中x、y、z、m不等于0,且均为整数,m≥3,则方程没有整数解。
解:下面讨论xyz均为正整数,且幂指数为2n+1时的情况。
(1)
根据二项式定理则有:(x+y)2n+1
=x2n+1+ y 2n+1+C2n+12n x2n y+ C2n+12n-1 x2n-1 y2 +。。。。。。+ C2n+12 x2 y2n-1+ C2n+11 x y2n
= x2n+1+ y 2n+1+(C2n+12n x2n y+ C2n+11 x y2n)+(C2n+12n-1x2n-1y2+C2n+11 x y2n)+……(C2n+1n+1 xn+1 y n+C2n+1n xny n+1)(注:括号共有n对,含2n项,还有组合Ca2n+1无论a为取限定范围内的什么数值,组合数中均是2n+1(后注:前提是2n+1为素数)的自然数倍。)
根据上式,括号内提取公因式后,括号内还剩x2n-1+ y 2n-1,x2n-3+ y2n-3 ,x2n-5+ y 2n-5,。。。。。x+y。
接下来,再把x2n-1+ y 2n-1,x2n-3+ y 2n-3。。。。等按上面方法化解,可以得出这些项式均是x+y的倍数。举例如33+53=27+125=152,152/(3+5)=19.
上面化解方法比较费力,我们可以反证法证明.
设x2m-1+ y 2m-1(0<2m-1<2n-1)且在x2n-1+ y 2n-1 ,x2n-3+ y2n-3。。。。。等项式中是最小的幂指数不是x+y的倍数。那么它以下的如x2m-3+ y 2m-3等皆是x+y的倍数,根据上面方法把x2m-1+ y 2m-1展开后,根据假设推出的结果,得出x2m-1+ y 2m-1为x+y的倍数的结论.由此反证出‘x2m-1+ y 2m-1(0<2m-1<2n-1)不是x+y的倍数"这一假设与结论相逆,故假设不成立,即x2m-1+ y 2m-1亦是x+y的倍数。(注:这里省略了x1+y1,x3+y3的证明,因为这两数是基础数,故必须要证明,不然上述反证法是不完备的。)
所以我们可以得出x2n+1+ y 2n+1亦是x+y的倍数。
根据上面,可以得到两个结论:
结论一:两个整数xy,则有x2n-1+y2n-1(n属于自然数)是x+y的整数倍,且x≠ -y时,此整数倍也不为0。
结论二:两个整数xy,则有x4n-2-y4n-2(n属于自然数)是(x+y)(x-y)的整数倍,且x≠y时,此整数倍也不为0.(注:这里不限制x,y是正整数还是负整数。)(注:结论一二可以推出费马小定理来:若b为素数,ab互质,则ab-a必为b整除;方法很简便:即把a拆分两个数(a-1)和1,然后根据上述结论展开,刨去b的倍数项,同时1也可以通过加减号约去。就这样一直拆分下去,知道最后得到1b-1=0。这样整个过程中我们只是刨去b的倍数和约去1。而约去的1又不影响式子。故费马小定理得证,但是这里需要注意的是b与Cbn是有关系的,如果b为素数,则Cbn无论n在取值范围内取何值肯定能被b整除;而b为合数时,则不能。读者自己可以参看杨辉三角。)(同时笔者猜测费马当时肯定发现了这两个结论,但是其肯定没想到,即使发现这两个结论,费马大定理也不是很容易证明的,所以笔者一直怀疑费马是否真的证明了费马大定理。笔者是在八年前发现这两个结论,当时证明了一下,后来不久就发现证明过程中有严重漏洞,直到2007年11月份后,笔者有了充足的时间,才重新花费了近半年的时间来重新证明.不过这半年来,笔者不但研究了此定理,而且还针对其他的数学问题进行了摸索,结果还算自我满意.)
(弦外之音:关于勾股公式a2+b2=c2,0<a<b<c,abc属于自然数,且两两互素,则有:
①a为奇数,有(c-a)/2必为完全平方数。
②a为偶数,有(c-a)必为完全平方数。
且把a换成b,亦可。(注:用这个结论或上面的结论二来证明费马大定理n=4时,很容易证明的。)
另有:a2+b2={(a+b)2+(a-b)2}/2,这个公式对于计算从a到b的连续数值的平方之和好用,比如32+52+72+92+112+132={(3+9)2+(9-3)2}/2+{(5+11)2+(11-5)2}/2+{(7+13)2+(13-7)2}/2=(3+9)2/2+(5+11)2/2+(7+13)2/2+3*62/2或={(3+13)2+(13-3)2}/2+{(5+11)2+(11-5)2}/2+{(7+9)2+(9-7)2}/2,蓝色字体的数值相同。由此可见,可以省下一半的计算步骤。
若ab同为正整数,a>b,则有:
a3+b3={(a+b)3+(a-b)3}/4+(a-b)2*(2b+a)/2
3次幂的情况皆如此,但是如果推广到5、7次幂的情况下,就很复杂了,笔者怎么推广也没推广出来。这大概与组合数Cmn有关,3次幂比较有规律的。但是并不一定说5、7次幂除了二项式定理外,就不存在其他的关系式。其可能也有的,不过较复杂。)
由假设x2n+1+y2n+1=z2n+1成立,可以推出z2n+1亦是x+y的倍数,即推出x+y与z有公因数。(但此公因数不能是1,因为是1的话,很容易证出假设不成立。同样-1的情况也使假设不成立。除了这两种情况以外,任何一个整数均可以。下面提到的各数间的公因数情况与此类似,均不能为+1,否则很容易证假设不成立。以后没有特殊提到,‘公因数"皆指大于1的整数,或绝对值不等于1的整数。)
由上面方法可得出:
z-y与x有公因数;
z-x与y有公因数。
设x+y-z=k,k为不为0的整数(注:k为0的话,很容易证明方程无整数解。而k为1时,亦可易证方程无整数解,故这里只讨论k的绝对值大于1的情况。)
则可推出:
k与x有公因数,与y有公因数,
与z有公因数,与x+y,与z-y与z-x有公因数,且经过演算还推出k 是(2n+1)的倍数。(注:k与这些数有公因数,但并不表示这些数之间一定也有公因数,如x+y与z-y之间根据下面的前提条件就没有公因数,但是如果是k、z-y、x,三者之间必有公因数。)
下面讨论费马大定理一个最基本的情况
假设:即x2n+1+y2n+1=z2n+1,其中xyz互质,且均为大于0的整数,n≥1,且2n+1为素数。方程有正整数解。
这个基本命题证明了,那么在整个整数范围内的,是可以推导出来的,故这里只证明这种最基本的情况。
由(x+y-k)2n+1=z2n+1,根据二项式定理和上面的方法
(注:二项式定理
(x+y)2n+1=x2n+1+ y 2n+1+C2n+12n x2n y+ C2n+12n-1 x2n-1 y2 +。。。。。。+ C2n+12 x2 y2n-1+ C2n+11 x y2n
= x2n+1+ y 2n+1+(C2n+12n x2n y+ C2n+11 x y2n)+(C2n+12n-1x2n-1y2+C2n+11 x y2n)+……(C2n+1n+1 xn+1 y n+C2n+1n xny n+1)中,如y为负整数时亦成立,故有下面的式子)
=>(x+y)2n+1-k2n+1-(2n+1)(x+y)k(x+y-k)D= z2n+1 (注:D为代指后面提取(2n+1)(x+y)k(x+y-k)后运算的式子,式子的结果为某整数)
=> k2n+1中含有(x+y)(注:因为z2n+1中亦含有x+y)
同理得出:k2n+1中含有(z-y)和(z-x)。
注意的是这里k是小于xyz三种的任何一个数的,此易证。
总结一下:如果假设成立,我们可以得到如下情况:
1、 k与x、y、z分别有大于1的公因数,这些公因数间互质。
2、 k与x+y、z-y、z-x分别有大于1的公因数,且x+y、z-y、z-x间互质,这些公因数间互质。
3、 z与x+y、x与z-y、y与z-x分别有大于1的公因数,这些公因数间互质。
4、 前面提到公因数如果是指最大公因数的话,那么上三条提到的最大公因数对应相等或相同。
5、 z2n+1可以被x+y=z+k整除,
x2n+1可以被z-y =x-k整除,
y2n+1可以被z-x =y-k整除。
6、 k2n+1可以被x+y=z+k整除,
可以被z-y =x-k整除,
可以被z-x =y-k整除。
7、(z-k)2n+1可以被x+y=z+k整除;
(x+k) 2n+1可以被x-k=z-y整除;
(y+k) 2n+1可以被y-k=z-x整除
(推导:[(z+k)-(z-k)] 2n+1=(z+k)2n+1-(z-k)2n+1-(2n+1)(z-k)(z+k)[(z+k)-(z-k)]F,因为[(z+k)-(z-k)] 2n+1=(2k)2n+1中含有(x+y=z+k),观察方程,很容易判断出(z-k)2n+1中亦含有(x+y=z+k);
[(x+k)-(x-k)] 2n+1=(2k) 2n+1 =(x+k) 2n+1- (x-k) 2n+1-(2n+1)(x-k)(x+k)[(x+k)-(x-k)] E,推得(x+k) 2n+1可以被x-k=z-y整除;
同理y的方法亦如此。)
8、 (z+k)2n+1可以被x+y=z+k整除;
(x-k)2n+1可以被z-y=x-k整除;
(y-k)2n+1可以被z-x=y-k整除。
首先明确一些问题:二项式定理
(a+b)2n+1=a2n+1+ b2n+1+C2n+12n a2n b+ C2n+12n-1 a2n-1 b2 +。。。。。。+ C2n+12 a2 b2n-1+ C2n+11 a b2n
= a2n+1+ b 2n+1+(C2n+12n a2n b+ C2n+11 a b2n)+(C2n+12n-1a2n-1b2+C2n+11 a b2n)+……(C2n+1n+1 an+1 b n+C2n+1n anb n+1)
上式提取公因数后= a2n+1+ b 2n+1+(2n+1)ab(a+b)A(以下凡涉及到大写字母的情况,其大写字母类同于A,是提取公因数后一个代表.)
其中A的展开式为:(a2n-1 + b2n-1)/(a+b)+ C2n+12ab(a2n-3+b2n-3)/(2n+1)(a+b) +C2n+13a2b2(a2n-5+b2n-5) /(2n+1)(a+b)+……+C2n+1n+2 an+1 b n+1(a3+b 3) /(2n+1)(a+b)+C2n+1n+1 an-1 b n-1/(2n+1)
注意红字部分与蓝字部分的不同。下面就是用到红字部分来证明的。
设x=x1+k,y=y1+k,z=z1+k,因为x与k有最大公因数r,故x1与k有最大公因数r;因为y与k有最大公因数s,故y1与k有最大公因数s;因为z与k有最大公因数t,故z1与k有最大公因数t。(以上皆易证)
又因为x+y-z=k,故推得x1+y1=z1;z=y+x1=x+y1=x1+y1+k.
故x2n+1+y2n+1=z2n+1=(y+x1)2n+1
(注:由这个等式还可以推出:x2n+1-x12n+1中含有y,同理推得:y2n+1-y12n+1中含有x。)
展开上面的式子
x2n+1+y2n+1=y2n+1+x12n+1+(2n+1)yx1(y+x1)A
推得:x2n+1=x12n+1+(2n+1)yx1(y+x1)A
推得:(x1+k)2n+1=x12n+1+(2n+1)yx1(y+x1)A
推得:x12n+1+k2n+1+(2n+1)x1 k(k+x1)B=x12n+1+(2n+1)yx1(y+x1)A
推得:k2n+1+(2n+1)x1 k(k+x1)B=(2n+1)yx1(y+x1)A
推得:k2n+1/(2n+1)x1+ k(k+x1)B=y(y+x1)A
分析此等式:如果k2n+1/(2n+1)x1与x1还含有大于1的因数(设为a1)的话,显然推得A中还有a1。(注:这里y(y+x1)与x1互素,且考虑到了x、y、z的奇偶性,且这里我们可以容易推得k必须为偶数。以上结论易证故在此不做证明。)
但我们展开A,发现除了(y2n+1+x12n+1)/(y+x1)这项外,其余的项皆含有x1,而这一项显然不可能含有x1或x1的一些大于1的因数。
故推得y(y+x1)A不含有x1或x1的一些大于1的因数。也就是说k2n+1/(2n+1)x1与x1互素。
根据上面的设,我们再设:k=a1r,x1=b1r,a1b1互素。我们可以推得k2n+1/(2n+1)x1= a12n+1r2n+1/(2n+1)b1r=某整数,进而推得r2n+1中含有b1r,r与b1有公因数。但是如果r2n+1/(2n+1)b1r≠1或r2n+1/br≠1的话,即r2n+1>(2n+1)b1r的话(注:小于的情况不可能存在,这也易证),则推得r2n+1/(2n+1)b1r与r还有大于1的公因数,进而又推到了前面那个‘如果"上了。所以我们最终推得r2n+1/(2n+1)b1r=1或r2n+1/b1r=1,即(2n+1)x1= r2n+1或x1= r2n+1。
同理推得:(2n+1)y1= s2n+1或y1= s2n+1。
备注:以上(2n+1)x1= r2n+1与(2n+1)y1= s2n+1这两种情况,皆可以用
x2n+1可以被z-y =x-k整除,
y2n+1可以被z-x =y-k整除,
来排除,此易证.
先假设y1=s2n+1,则有y1=z-x=s2n+1,x=z-s2n+1。
由x2n+1+y2n+1=z2n+1推得:(z-s2n+1)2n+1+y2n+1=z2n+1
推得:-s2n+1-(2n+1)zs2n+1(z-s2n+1)A+y2n+1=0
(备注:这里的正负号是关键,读者可以自己推导一下.如果笔者这里错误的话,那么下面的证明的结论也将错误,但是证明的思路无误.也就说第二个方框内的符号是加是减,皆不影响证明的最终结果,读者自己可以将其换成正号,然后按下面的思路推导一下,还是可以推出悖论的. 即k中必须含有z或是z的倍数)
设y=bs,上式两边除以s2n+1后,推得:
-1-(2n+1)z(z-s2n+1)A+b2n+1=0
推得:b2n+1-1=(2n+1)z(z-s2n+1)A……①
同理先假设: x1=r2n+1,则有x1=z-y=r2n+1,设x=ar,用上述方法推得:a2n+1-1=(2n+1)z(z-r2n+1)B……②
由z2n+1=(x+y1)2n+1= x2n+1+y2n+1,推得: x2n+1+y12n+1+(2n+1)xy1 (x+y1)C= x2n+1+y2n+1
推得: y12n+1+(2n+1)xy1 (x+y1)C= y2n+1
上式两边均除以y1=s2n+1,
推得: y12n+(2n+1)x (x+y1)C=b2n+1…….③
同理:由z2n+1=(x1+y)2n+1= x2n+1+y2n+1
推得: x12n+(2n+1)y(x1+y)D=a2n+1…….④
①③联立合并推得: y12n+(2n+1)x (x+y1)C -1=(2n+1)z(z-s2n+1)A
看上式: x+y1=z, z-s2n+1=x,
所以推得:y12n -1中含有(2n+1)zx……⑤
注意这里ab均为正整数
同理②④联立推得:
x12n -1中含有(2n+1)zy……⑥,
也就是说⑤⑥中含有z,也就意味着含有t.
如果我们依据上面的方法,把(2n+1)y1= s2n+1和(2n+1)x1= r2n+1代换进去的话,则发现:如果x1或y1是2n+1的倍数的话,⑤⑥两个式子根本不可能成立.当然:其实这个也可以用x2n+1可以被z-y整除来判断出x1=z-y≠r2n+1/(2n+1)。即先设x=ar与z-y=r2n+1/(2n+1)的最大公约数为r(注意:r中含有2n+1),这样求出x2n+1/[r2n+1/(2n+1)]后,剩余的式子里还应该含有一个2n+1,进而推出r不是最大公约数.所以x1与y1只能是某整数的2n+1次幂.(注意这里2n+1是素数,所以才有这个结论的)(后注:这里还是证明出来吧:设x=ar,x1= r2n+1/(2n+1),两者之间最大公因数为r,且r中含有2n+1,a与r互质。x2n+1可以被x1=z-y整除,所以x2n+1/[r2n+1/(2n+1)]必然要等于一个数(这个数中含有2n+1)的2n+1次方,这样推得a2n+1中含有(2n+1)2n,因为2n+1是素数,故推得a中含有2n+1,又推得a与r不互质,悖论出现,故排除了x1= r2n+1/(2n+1)成立的可能性。)
因为:y1=z-x,所以y12n -1=(z-x)2n-1中含有zx,推得:z2n-1中含有x……⑦
x2n-1中含有z……⑧.
同理:由x1=z-y推得: z2n-1中含有y……⑨;
y2n-1中含有z……⑩.
由z2n+1-z=z(z2n-1),依据⑦⑨和费马小定理推得: z2n+1-z中含有(2n+1)xyz……⑾
由⑧⑩⑾和费马小定理及x+y-z=k得出: z2n+1-z= (x2n+1-x)+(y2n+1-y)+k
推得:k中必须含有z或是z的倍数(注:画蓝线部分皆含有z).
而我们又知道k必须小于z,(在题意要求下, k小于xyz三者间中的任何一个数,且四者均大于零,此易证。)所以悖论出现.进而我们可以逆推得假设错误,即费马大定理成立.(注意这里只是证明了费马大定理的核心部分:费马方程没有正整数解,如果扩大到非零整数解的范围的话,总的来说就是核心部分的加减号和正负号的变化,所以证明了核心部分,也就等于证明了费马大定理)
- 出投笔记
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你说的应该不是那个费马大定理或者费马小定理吧
应该是高等数学或者数学分析里的那个费马定理吧
如果是这个,你只需要考虑极值点的函数值特点,分别求极值点处的左导数、右导数就可以了,一个不大于0,一个不小于0,因为两者要相等,因而只能是0了