费尔马大定理与科学中的猜想

时间:2022-03-19 13:58:44 公文范文 浏览次数:

一、页边太窄了

与哥德巴赫猜想同样闻名予世界数学界,有一个以费尔马命名的猜想。由于这个猜想太出名了,人们常常称之为费尔马大定理。

法国数学家普耶尔·费尔马并不是专业数学家.他学的是法律,是土鲁兹城的著名社会活动家,做过国会参事。但是他在数学史上的名声,更高于他做律师的名望。他十分热受数学,经常提出许多数学问题和猜想,与当时著名的数学家们切磋,他跟巴斯嘉、笛卡尔、惠更斯、贝法尔等学者经常通信。他与笛卡尔同时奠定了解析几何的基础,又与巴斯嘉一道奠定了概率论的基础。在数论方面更有许多伟大的发现。巴斯嘉甚至形容他是当时最好的数学家。关于费尔马的生平很少有人知道,他自己也从设出版过一本书,留在身后的只是一些手稿和笔记,由他的儿子整理出版。在整理费尔马的笔记时,发现在古希腊大数学家刁潘都的书页边上,有他用拉丁语写的一段话,"任何一数的立方不能分解成两立方之和,任何一数的四次方不能分解为两个四次方之和,或更一般的,除二次幂外,两个数的任何次幂的和都不可能等于第三个具有同次禄的数,我已经找到了这个断语的令人惊异的证明方法,但是这书的页边太窄,不容我把证明写出来。”可惜的是,他有长于思崇、提出问题的天才,却矩于一个训练有素的数学家所应有的严谶和周密。人们拽遍了他的文稿和笔记,都搜寻不到这个惊异证明的形迹。人们又曾设法重新证明这个定理,甚至为此设立了高达十万马克的奖金,然而三个多世纪过去了,不知多少数学家为此耗尽心血,仍然没有找到这个定理的一殷证明。囚此,也一直有人试图推翻它,可是三個世纪以来,又没有一个人能举出反例。

二、二个不定方程

几乎所有的初中生都知道平面几何中的勾股定理。这个定理是说:“任意直角三角形斜边的平方可以分解为两直角边的平方之和。"这很象费尔马写在书页上的前两个特例,但是结论却大相径雇。因为要把这直角三角形三边都表成整数丝毫不困难,中国古代算术就有:"勾三、股四,弦五”,的口诀,连不识字的老木匠都会背,他们往往据此画出直角来(见图)。把这口诀写成式子就是:

32+42=52

这个定理很古老也很重要,长期没有人想要由它引出什么新的结论,国外所说的毕达哥拉斯定理也是它,它甚至还有一个更加威风的名字:“百牛大祭"。传说公元前六世纪毕达哥拉斯在得到这个定理时,鸭向神祭祀了一百头牛。因此中世纪又把这定理叫“百牛大祭"。中国得到这个证明还要早五百年。

无论岁月多么久远,新的问题终于会被提出米,人们在生产实践中需要解不定方程,甚至还加上了婴求整数解的附加条件.前面3"+42∈52改写成不定力程,即:

x"+y2=x2有整数解。

这是数论中的问题,显然这个不定方程还有82+152=172,122+352=372等等许多整数解。既然指数是平方时有整数解,那么,立方呢?四次方、五次力呢?用数学语言表示,即;

许多数学家曾费尽心力求过这些方积的整数解,可是全都没有结果。尽管这些尝试是不充分的,可是费尔马却敏锐地感到:“它们没有整数解!"

三、猜想的本质和力量

费尔马没有给出证明,这一切就仅仅是猜想。但是这种猜想的价值,远非十万马克所能估量。猜想,就是人们在有限的事实和观察中,发现了可能存在的规律,并且试图推广到无限的,一般的情况中去。猜想的过程,就是从有限的观察和实验这种表象出发,经过整理分析,产生想象和概念,试图越过已有的知识和经验范围,进而揭示事物的本质.这是一个从浅入深,从特殊到一般的过程。没有天才的假设和猜想,科学就不能进步。不仅数学如.此,可以认为,任何一个完备的科学学说的建立,猜想与假设总是必经之路。恩格斯说:“只要自然科学在思维着,它的发展形式就是假说。

对费尔马大定理的探索,引导出了许多新的数学理论和数学方法,产生了巨大的成果。一七九七年,欧拉证明了当n=3、n=4时方程没有整数解,一八二三年勒让德证明了n=5时的情况,一八四O年莱梅与勒贝格证明了n=7时的情况。十九世纪中叶加米罗用艰深的理论和新颖的方法,证明当n等于一百以内所有数时,方程没有整数解……到今天,这个范围更加扩大了。已经有人证明n《106的情况。可是这些后来的证明所使用的数学知识,都超过了费尔马当时的数学知识范围。这确实更加使人感到费尔马当年如何找到证明是个奇怪的谜。不过,无庸置疑的是:费尔马仅凭少数事例而产生的天才猜想,推动了数学的发展。“理想数论”这一崭新的数学分支,正是在这种探求中建立的。数学家高斯说得好:“若无某种大胆放肆的猜测,一般是不可能有知识的进展的。”天才的猜想就是科学进展的动力和源泉。恩格斯也高度评价科学上的这种努力:”如果我们要等待建立定律的材料纯粹化起来,那么这就等于说在此以前要停止思想的研究工作,而定律也就永远不会出现。”看来,一个拘泥于已成学说而不肯迈步超越服前现实的人,难得会有成就。只有那种注意培养自己追真理的能力,而不满足于接受已知成果的人,才有可能成为科学上开拓者。

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