费尔马大定理简短证明一个特例

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  [摘要]费尔马大定理的证明到底有没有,如费尔马本人所说的巧妙证明方式,时至今日仍是个谜,下面给出的证明,方法简单初等,理解与阅读的速度同步,本文目的在于寻求费尔马巧妙证明方法。
  [关键词]正整数;方程;正整数解
  设n≥3那么方程
  xn yn=zn,xyz≠0。(1)
  没有正整数。
  证明:熟知,当n≥3时,若n不是4的倍数,那就一定是某奇素数P的倍数,当n是4的倍数时,方程(1)已被世人所证无正整解。当n是某奇素数P的倍数时,令n=pn1,由(1)得
  xpn1 ypn1=zpn1。
  令xn1=a,yn1=b,z n1=c,由此得
  ap bp=cp。
  故由(1)式只要证明
  xp yp=zp,xyz≠0。(2)
  无正整数就可以了。
  反证法,若(2)有正整解x,y,z。那就一定有最小解,故设(2)式x,y,z为最小正整数解,因(2)式为最小解方程,故必须
  (x,y)=1,(x,z)=1,(y,z)=1,(3)
  即x,y,z两两互素,否则,若(x,y)=d>1,
  即a︱x,a︱y,则有d︱z,从而令x=dx1,y=dy1,z=dz1,代入(2)得
  (dx1)p (dy1)p=(dz1)p,
  各项被dp整除后得
  xp1 yp1=zp1。
  这又出现一组新的小于(2)式最小解方程,此与题设(2)为最小解小程矛盾。故(2)式为最小解方程必须(x,y)=1,(x,z)=1,(y,z)=1。
  对于(2)式,x≠y,否则,若x=y,则有
  2xp=zp,显然2不是完全n次幂,故设x≠z,或y≠z,这是因为,若x=z,或y=z,则有y=0,或x=0,此与题设xyz≠0相矛盾。故x≠z,y≠z。因(2)式是正整数求和方程,故令
  x  由(3),令z=x b,b≥1。
  当b=1时,代入(2)得
  xp yp=(x 1)p。
  这不可能,因为z=x 1,z与x是连续自然数,故由(3)对于x  当b>1时,由(2)有
  xp yp=(x b)p,b>1。(4)
  将方程(4)展开得
  xp yp=xp C1Pxp-1b C2Pxp-2b2 …… C1Pxbp-1 bp。
  从而得
  yp=C1Pxp-1b C2Pxp-1b2 …… C1Pxbp-1 bp。(5)
  对于(5)式右边能被b整除,显然若有解x,y,z,则必须有b能整除y,b︱y为整数,故令
  y=by1。(6)
  代入(5)得
  bpyp1=C1Pxp-1b C2Pxp-2b2 …… C1Pxb p-1 bp。(7)
  对于(7)式各项被b整除后得
  bp-1yp1=C1Pxp-1 C2Pxp-2b …… C1Pxb p-2 b p-1。(8)
  因p≥3,所以方程左边能被b整除,故右边也必须能被b整除,右边除第一项外均能被b整除,故b︱C1Px p-1 为整数,这里C1P=p,又因bX。这是因为若b︱X为整数。y=by1,此与题设x、y、z两两互素相矛盾,故bX,只能b︱P为整数,因P为奇素数,故b=P,代入(6)得
  y=by1=py1。(9)
  将(9)代入(8)式,再用P整除方程两边得
  PP-2y1P=XP-1 C2PXP-2 …… XPP-2 PP-2。(10)
  因P≥3中,又因CnP为P的倍数,方程左为P的倍数,方程右除第一项Xp-1外,均为P的倍数,故若方程有正整数解,必有P︱Xp-1为整数,又因y=by1=Py1,P︱Y为整数,就是说X与Y均为P的倍数,亦即(x,y)=P≥3,此与题设X,y,z两两互素相矛盾,故
  xP yP=zP,xyz=0
  没有正整数解。
  该文已得与南开数研所胡久稔教授讨论认同,并亲自对本文整理修改,谨表谢意,为慎重起见,热切希望数学界专家及爱好者给予关注,广泛发表正反两方面评论,作者将不胜感激。
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