Напишите подробно доказательство существования следующего СОСТАВНОГО куба, в случае, когда
Для произвольного составного куба
составим тождество
где
натуральные числa. Сократим общий делитель
. Получим тождество в взаимно простых числах
которое, в связи с произвольностью
и куба
в указанном интервале, охватывает все возможные случаи для натуральных чисел
.
Если ВТФ не верна, то есть существует решение уравнения Ферма в натуральных числах, то для некоторых
правая часть (2) может быть представлена суммой двух кубов
. Оба куба рассматриваем как числа. Например:- для случая, когда она верна
Но если правая часть (2),- сумма двух кубов, то разность кубов
- куб (обозначим его как
) .
Тогда
, или
и
-составной куб , так как он равнялся бы сумме двух кубов. Запишем
.
Значит, выполнено тождество
где
.
Сократив
, получим новое тождество в взаимно простых числах
Итак, на первом шаге спуска доказано появление меньшего составного куба
и пары новых тождеств.
Здесь естественно возникает вопрос. Пусть правая часть тождества (4) не представляет суммы двух кубов. Спуск остановлен.
Но доказательство, что существуют кубы
сделано ранее на основании (2), то есть было показано, что существует
. Этого достаточно, чтобы в этом случае (спуск остановлен) вернуться к исходному тождеству (1) с составным кубом
. Тем самым исходный куб будет состоять из трех сомножителей
и спуск существует,благодаря возможному сокращению двух сомножителей
уже в исходном тождестве (1). Тождество (1) примет
А после сокращения сомножителей
получим
То есть тождество (4) становится тождеством первого шага и теперь мы можем утверждать, что правая часть (4) не может быть представлена двумя кубами. Так как тогда
должен быть кубом. То есть
Тогда
Следовательно
составной куб, так как он раdняется сумме двух кубов. Запишем
. Таким образом, спуск восстановлен и можем перейти к к следующему шагу на основании существования третьего составного куба
, меньшего предыдущего составного куба.
На каждом последующем шаге будет увеличиваться число сомножителей исходного составного куба.
Докажем в общем случае, что составной куб появлялся бы на всех шагах спуска.
Пусть на произвольном шаге спуска сформулировано тождество с взаимно простыми числами
Если выражение
равнялось бы кубу, (обозначим его как
), то существовало бы равенство.
Тогда куб
был бы составным, так как он равнялся бы сумме кубов.
Запишем
Следовательно, на произвольном шаге всегда появлялся бы составной куб и выполнялись бы два тождества для следующего шага: первое, - со слагаемыми с общим делителем
и после сокращения
, -второе тождество, - с взаимно простыми числами
Следовательно, делаем вывод, что если составной куб появлялся бы на первом и произвольном шагах, то он появлялся бы на всех шагах спуска. Сразу отметим, что доказательство о том, что на произвольном шаге появлялся бы составной куб выведено логическим путем.
Составной куб образован из произвольных сомножителей
. И на эти сомножители существует одно ограничение, что их произведение равно
.
Этим мы охватываем все возможные варианты значений степеней на произвольном шаге
Произвольность кубов
в новых тождествах показывает, что существует только единственная связь с кубами предыдущих тождеств - это их соотношения по величине. Новые составные кубы меньше предыдущих составных кубов, потому что получение нового тождества всегда связано с сокращением общего делителя в (5).
Отсутствие алгебраических преобразований между слагаемыми соседних по спуску тождеств - это одно из условий бесконечного спуска. Иначе, спуск был бы конечным.
На произвольном шаге также бы существовало утверждение, что правая часть тождества (6) не может быть суммой кубов, так как тогда можно было бы сформулировать следующее тождество со всеми свойствами предыдущего.
Таким образом, получилось бы бесконечное количество кубов, меньших исходного, ни один из которых не был бы представим суммой двух кубов. А исходный составной куб состоял бы из бесконечного числа сомножителей.
Но не существует бесконечности относительно целого числа. Следовательно, правая часть исходного тождества не является суммой двух кубов. Что и требовалось доказать.
Для доказательства общего случая ВТФ необходимо всего лишь заменить слово "куб" на слово "степень и показатель 3 на простой показатель
.