Статья : Элементарное доказательство Великой теоремы Ферма (работа 1) 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Статья >> Математика


Элементарное доказательство Великой теоремы Ферма (работа 1)




Элементарное доказательство Великой теоремы Ферма

Виктор Сорокин

Идея предлагаемого вниманию читателя элементарного доказательства Великой теоремы Ферма исключительно проста: после разложения чисел a, b, c на пары слагаемых, затем группировки из них двух сумм U' и U'' и умножения равенства a^n + b^n – c^n = 0 на 11^n (т.е. на 11 в степени n, а чисел a, b, c на 11) (k+3)-я цифра в числе a^n + b^n – c^n (где k – число нулей на конце числа a + b – c) не равна 0 (числа U' и U'' умножаются по-разному!). Для постижения доказательства нужно знать лишь формулу бинома Ньютона, простейшую формулировку малой теоремы Ферма (приводится), определение простого числа, сложение двух-трех чисел и умножение двузначного числа на 11. Вот, пожалуй, и ВСЁ! Самое главное (и трудное) – не запутаться в десятке цифр, обозначенных буквами. Формальное описание истории теоремы и библиография в русском тексте опущены.

Доказательство приводится в редакции от 1 июня 2005 года (с учетом дискуссии на мехматовском сайте).

В.С.

ИНСТРУМЕНТАРИЙ: [В квадратных скобках приводится поясняющая, не обязательная информация.]

Используемые обозначения:

Все числа записаны в системе счисления с простым основанием n > 10.

[Все случаи с составным n, кроме n = 2k (который сводится к случаю n = 4), сводятся к случаю

простого n с помощью простой подстановки. Случаи n = 3, 5 и 7 здесь не рассматриваются.]

ak – k-я цифра от конца в числе a (a1 – последняя цифра).

[Пример для a = 1043: 1043 = 1x53 + 0x52 + 4x51 + 3x50; a1 = 3, a2 = 4, a3 = 0, a4 = 1.]

a(k) – окончание (число) из k цифр числа a (a(1) = a1; 1043(3) = 043). Везде в тексте a1 ¹ 0.

[Если все три числа a, b и c оканчиваются на ноль, следует разделить равенство 1° на nn.]

(ain)1 = ai и (ain - 1)1 = 1 (см. Малую теорему Ферма для ai ¹ 0). (0.1°)

(n + 1)n = (10 + 1)n = 11n = …101 (см. Бином Ньютона для простого n).

Простое следствие из бинома Ньютона и малой теоремы Ферма для s ¹ 1 [a1 ¹ 0]:

если цифра as увеличивается/уменьшается на 0 < d < n,

то цифра ans+1 увеличивается/уменьшается на d (или d + n, или d – n). (0.2°)

[В отрицательных числах цифры считаются отрицательными.]

***

(1°) Допустим, что an + bn – cn = 0 .

Случай 1: (bc)1 ¹ 0.

(2°) Пусть u = a + b – c, где u(k) = 0, uk+1 ¹ 0, k > 0 [известно, что в 1° u > 0 и k > 0].

(3°) Умножим равенство 1° на число d1n (см. §§2 и 2a в Приложении) с целью превратить

цифру uk+1 в 5. После этой операции обозначения чисел не меняются

и равенство продолжает идти под тем же номером (1°).

Очевидно, что и в новом равенстве (1°) u = a + b – c, u(k) = 0, uk+1 = 5.

(1*°) И пусть a*n + b*n – c*n = 0, где знаком “*” обозначены записанные в каноническом виде числа в равенстве (1°) после умножения равенства (1°) на 11n .

(4°) Введем в указанной здесь очередности следующие числа: u, u' = a(k) + b(k) – c(k),

u'' = u – u' = (a – a(k)) + (b – b(k)) – (c – c(k)), v = (ak+2 + bk+2 – ck+2)1, u*' = a*(k) + b*(k) – c*(k),

u*'' = u* – u*' = (a* – a*(k)) + (b* – b*(k)) – (c* – c*(k)), 11u', 11u'', v* = (a*k+2 + b*k+2 – c*k+2)1,

и вычислим две последние значащие цифры в этих числах:

(3a°) uk+1 = (u'k+1 + u''k+1)1 = 5;

(5°) u'k+1 = (–1, 0 или 1) – так как – nk < a'(k) < nk, – nk < b'(k) < nk, – nk < c'(k) < nk

и числа a, b, c имеют различные знаки;

(6°) u''k+1 = (4, 5 или 6) (см. 3a° и 5°) [важно: 1 < u''k+1 < n – 1];

(7°) u'k+2 = 0 [всегда!] – так как \u'\ < 2nk ;

(8°) u''k+2 = uk+2 [всегда!];

(9°) u''k+2 = [v + (ak+1 + bk+1 – ck+1)2]1, где (ak+1 + bk+1 – ck+1)2 = (–1, 0 или 1);

(10°) v = [uk+2 – (a(k+1) + b(k+1) – c(k+1))k+2]1 [где (a(k+1) + b(k+1) – c(k+1))k+2 = (–1, 0 или 1)] =

= [uk+2 – (–1, 0 или 1)]1;

(11°) u*k+1 = uk+1 = 5 – т.к. u*k+1 и uk+1 – последние значащие цифры в числах u* и u;

(12°) u*'k+1 = u'k+1 – т.к. u*'k+1 и u'k+1 – последние значащие цифры в числах u*' и u';

(13°) u*''k+1 = (u*k+1 – u*'k+1)1 = (3 – u*'k+1)1 = (4, 5 или 6) [важно: 1 < u*''k+1 < n – 1];

(14°) (11u')k+2 = (u'k+2 + u'k+1)1 (затем – в результате приведения чисел к каноническому виду –

величина u'k+1 «уходит» в u*''k+2, поскольку u*'k+2 = 0);

(14a°) важно: числа (11u')(k+2) и u*'(k+2) отличаются только k+2-ми цифрами, а именно:

u*'k+2 = 0, но (11u')k+2 ¹ 0 в общем случае;

(15°) (11u'')k+2 = (u''k+2 + u''k+1)1;

(16°) u*k+2 = (uk+2 + uk+1)1 = (u''k+2 + uk+1)1 = (u''k+2 + 5)1;

(16а°) к сведению: u*'k+2 = 0 (см. 7°);

(17°) u*''k+2 = (u*k+2 +1, u*k+2 или u*k+2 – 1)1 = (см. 9°) = (u''k+2 + 4, u''k+2 + 5 или u''k+2 + 6)1;

(18°) v* = [u*k+2 – (a*(k+1) + b*(k+1) – c*(k+1))k+2]1

[где u*k+2 = (uk+2 + uk+1)1 (см. 16°), а (a*(k+1) + b*(k+1) – c*(k+1))k+2 = (–1, 0 или 1) – см. 10°] =

= [(uk+2 + uk+1)1 – (–1, 0 или 1)]1.

(19°) Введем числа U' = (ak+1)n + (bk+1)n – (ck+1)n, U'' = (an + bn – cn) – U', U = U' + U'',

U*' = (a*k+1)n + (b*k+1)n – (c*k+1)n, U*'' = (a*n + b*n – c*n) – U*', U* = U*' + U*'';

(19а°) к сведению: U'(k+1) = U*'(k+1) = 0.

(20°) Лемма: U(k+2) = U'(k+2) = U''(k+2) = U*(k+2) = U*'(k+2) = U*''(k+2) = 0 [всегда!].

Действительно, из 1° мы имеем:

U = an + bn – cn =

= (a(k+1) + nk+1ak+2 + nk+2Pa)n + (b(k+1) + nk+1bk+2 + nk+2Pb)n – (c(k+1) + nk+1ck+2 + nk+2Pc)n =

= (a(k+1)n + b(k+1)n – c(k+1)n) + nk+2(ak+2a(k+1)n - 1 + bk+2b(k+1)n - 1 – ck+2c(k+1)n - 1) + nk+3P =

= U' + U'' = 0, где

U' = a(k+1)n + b(k+1)n – c(k+1)n,

(20a°) U'' = nk+2(ak+2a(k+1)n -1 + bk+2b(k+1)n -1 – ck+2c(k+1)n -1) + nk+3P,

где (ak+2a(k+1)n -1 + bk+2b(k+1)n -1 – ck+2c(k+1)n -1)1 = (см. 0.1°)=

(20b°) = (ak+2 + bk+2 – ck+2)1 = U''k+3 = v (см. 4°).

(21°) Следствие: (U'k+3 + U''k+3)1 = (U*'k+3 + U*''k+3)1 = 0.

(22°) Вычислим цифру (11nU')k+3:

[так как числа (11u')(k+2) и u*'(k+2) отличаются только k+2-ми цифрами на величину

(11u')k+2), то на эту величину будут отличаться и цифры (11nU')k+3 и U*'k+3, это означает,

что цифра (11nU')k+3 будет на (11u')k+2 превышать цифру U*'k+3 (см. 0.2°)]

(11nU')k+3 = U'k+3 = (U*'k+3 + (11u')k+2)1 = (U*'k+3 + u'k+1)1.

(23°) Откуда U*'k+3 = U' k+3 – u'k+1.

(24°) Вычислим цифру U*'' k+3 :

U*'' k+3 = v* = (uk+2 + uk+1)1 – (–1, 0 или 1) – см. (18°);

(25°) Наконец, вычислим цифру (U*'k+3 + U*''k+3)1:

(U*'k+3 + U*''k+3)1 = (U*'k+3 + U*''k+3 – U'k+3 – U''k+3)1 = (U*'k+3 – U'k+3 + U*''k+3 – U''k+3)1 =

(см. 23° и 24°) = (– u'k+1 + v* – v) = (см. 18° и 10°) =

= (– u'k+1 + [uk+2 + uk+1 – (–1, 0 или 1)] – [uk+2 – (–1, 0 или 1)])1 =

= (– u'k+1 + uk+1 + (–2, –1, 0, 1, или 2))1 = (см. 3a°) =

( u''k+1 + (–2, –1, 0, 1, или 2))1 = (см. 6°) = (2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8) ¹ 0,

что противоречит 21° и, следовательно, выражение 1° есть неравенство.

Случай 2 [доказывается аналогично, но намного проще]: b (или c) = ntb', где b1 = 0 и bt+1 = b'1 ¹ 0.

(26°) Введем число u = c – a > 0, где u(nt – 1) = 0, а unt ¹ 0 (см. §1 в Приложении).

(27°) После умножения равенства 1° на число d1n (с целью превратить цифру unt в 5)

(см. §§2 и 2a в Приложении) обозначения чисел сохраняются.

(28°) Пусть: u' = a(nt – 1) – c(nt – 1), u'' = (a – a(nt – 1)) – (c – c(nt – 1)) (где, очевидно, u''nt = (ant – cnt)1);

U' = a(nt)n + bn – c(nt)n (где U'(nt + 1) = 0 – см. 1° и 26°), U'' = (an – a(nt)n) – (cn – c(nt)n),

U*' = a*(nt)n + b*n – c*(nt)n (где U*'(nt + 1) = 0), U*'' = (a*n – a*(nt)n) – (c*n – c*(nt)n),

v = ant+1 – cnt+1.

Вычисления, полностью аналогичные вычислениям в случае 1, показывают, что nt+2-я цифра в равенстве Ферма не равна нулю. Число b во всех расчетах (кроме самой последней операции и в п. 27°) можно проигнорировать, т.к. цифры bnnt+1 и bnnt+2 при умножении равенства 1° на 11n не меняются (т.к. 11n(3) = 101).

Таким образом, для простых n > 7 теорема доказана.

==================

ПРИЛОЖЕНИЕ

§1. Если числа a, b, c не имеют общих сомножителей и b1 = (c – a)1 = 0,

тогда из числа R = (cn – an)/(c – a) =

= cn –1 + cn –2a + cn –3a2 + … c2an - 3 + can - 2 + an - 1 =

= (cn –1 + an –1) + ca(cn –3 + an –3) + … + c(n –1)/2a(n –1)/2 =

= (cn –1 – 2c(n –1)/2a(n –1)/2 + an –1 + 2c(n –1)/2a(n –1)/2) + ca(cn –3 – 2c(n –3)/2a(n –3)/2 + an –3 + 2c(n –3)/2a(n –3)/2) +

+ … + c(n –1)/2a(n –1)/2 = (c – a)2P + nc(n –1)/2a(n –1)/2 следует, что:

c – a делится на n2, следовательно R делится на n и не делится на n2;

так как R > n, то число R имеет простой сомножитель r не равный n;

c – a не делится на r;

если b = ntb', где b'1 ¹ 0, то число c – a делится на ntn – 1 и не делится ntn.

§2. Лемма. Все n цифр (a1di)1, где di = 0, 1, … n – 1, различны.

Действительно, допустив, что (a1d1*)1 = (a1d1**)1, мы находим: ((d1* – d1**)a1)1 = 0.

Откуда d1* = d1**. Следовательно, множества цифр a1 (здесь вместе с a1 = 0) и d1 совпадают.

[Пример для a1 = 2: 0: 2x0 = 0; 1: 2x3 = 11; 2: 2x1 = 2; 3: 2x4 = 13; 4: 2x2 = 4.

При составном n Лемма несправедлива: в базе 10 и (2х2)1 = 4, и (2х7)1 = 4.]

§2a. Следствие. Для любой цифры a1 ¹ 0 cуществует такая цифра di, что (a1di)1 = 1.

[Пример для a1 = 1, 2, 3, 4: 1x1 = 1; 2x3 = 11; 3x2 = 11; 4x4 = 31.]

ВИКТОР СОРОКИН

e-mail: victor.sorokine@wanadoo.fr

4 ноября 2004, Франция

P.S. Доказательство для случаев n = 3, 5 , 7 аналогично, но в (3°) цифра uk+1 превращается не в 5, а в 1, и в (1*°) равенство (1°) умножается не на 11n, а на некоторое hn, где h – некоторое однозначное число.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ref.com.ua

Похожие работы:

  • Элементарное доказательство великой теоремы Ферма

    Реферат >> Математика
    ... университет им. Р.Е. Алексеева ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ВЕЛИКОЙ ТЕОРЕМЫ ФЕРМА (Приведенный ниже вариант доказательства Великой теоремы Ферма получен в октябре 2010 года ...
  • Доказательство Великой теоремы Ферма за одну операцию

    Статья >> Математика
    Идея предлагаемого вниманию читателя элементарного доказательства Великой теоремы Ферма исключительно проста: после разложения ... дискуссии на мехматовском сайте). В.С. Элементарное доказательство Великой теоремы Ферма ВИКТОР СОРОКИН ИНСТРУМЕНТАРИЙ: [В ...
  • Доказательство великой теоремы Ферма для четных показателей степени

    Доклад >> Математика
    ... доказательства великой теоремы Ферма используем алгебраическое доказательство теоремы Пифагора. АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ТЕОРЕМЫ ПИФАГОРА (Решение уравнения теоремы Пифагора в целых числах) Теорема ... доказательства теоремы Пифагора методами элементарной ...
  • Доказательство великой теоремы Ферма

    Статья >> Математика
    ... , что формальное математическое доказательство великой теоремы Ферма тривиально. Вот оно: ... к данной проблеме. Доказательство теоремы Ферма. Посвящаю моему учителю ... Подкорневое выражение можно привести к элементарным арифметическим действиям: n раз, ...
  • Теорема Ферма: история и доказательства

    Реферат >> Математика
    ... не выдана за отсутствием настоящего доказательства Большой теоремы Ферма. Элементарного доказательства Великой теоремы Ферма нет ни для одного ... книга, являющаяся, вроде как, полным доказательством Великой теоремы Ферма, но в ней использовано столько новых ...
  • Доказательство Великой теоремы Ферма методами элементарной алгебры

    Статья >> Математика
    Доказательство теоремы Ферма методами элементарной алгебры Бобров А.В. г. Москва Контактный телефон – 8 ( ... -34 bobrov-baltika@mail.ru В теореме Ферма утверждается, что равенство для натуральных ...
  • Доказательство утверждения, частным случаем которого является великая теорема Ферма

    Сочинение >> Математика
    ... Окончательный «Вывод» о Великой теореме Ферма Утверждение 3 Доказательство Части первой «Утверждения 3» Доказательство Части второй « ... Общий вывод Литература Доказательство нижеприведённого «Утверждения» осуществлено элементарными средствами. В данной ...
  • Пьер де Ферма

    Реферат >> Математика
    ... принадлежит первое абсолютно строгое доказательствоВеликой теоремы Ферма” для n=3. Доказательство для случая n=5 предложили ... доказательства теоремы Ферма элементарными средствами. Стало ясно, что Ферма никогда не имел и не мог иметь доказательства теоремы ...
  • Пьер де Ферма

    Реферат >> Математика
    ... принадлежит первое абсолютно строгое доказательствоВеликой теоремы Ферма” для n=3. Доказательство для случая n=5 предложили ... доказательства теоремы Ферма элементарными средствами. Стало ясно, что Ферма никогда не имел и не мог иметь доказательства теоремы ...
  • Проблема Ферма для простых показателей больше 3

    Книга >> Математика
    ... элементарных математических знаний, за исключением метода сравнения чисел по модулю, доказательства Великой теоремы Ферма для ... (1777 – 1855). 1.Проблемы Ферма для простых показателей > 3 Доказательство Великой теоремы для простых показателей вида ...