Решение Большой теоремы Ферма методом деления
Ведерников С. И.
Теорема:
для целого натурального числа n>2 уравнение X^n+Y^n=Z^n не имеет решений в целых положительных числах X, Y, Z.
Доказательство.
Имеется
, где X, Y, Z, n – натуральные положительные числа.
Z > X >Y – взаимно простые числа, n > 2.
Произведём разложение на множители в уравнении
при n>2. Есть три случая. Посыл общий: чётное число, имеющее множителем
, при n≥3, можно представить разностью квадратов двух нечётных чисел.
Известно, что Z в исходном уравнении при чётном n не может быть чётным числом, а X и Y одновременно нечётными, поэтому примем Z , X – нечётными числами, Y – чётным числом, поскольку принципиальной разницы между X и Y в данном случае нет.
Рассмотрим первый случай, когда n > 2 чётное число.
Случай 1.
Z, X – нечётные, Y – чётное, n – чётное.
Имеется:
.
Преобразуем исходное уравнение:
. (1)
Разложим на множители ф. (1).
; (2)
. (3)
Хотя абзац после ф. (5) полностью разъясняет суть разложения на ф.(2) и ф. (3), поясним всё же этот момент. Сумма двух нечётных чисел и разность этих же чисел - числа чётные, но одно из них имеет множителем только одно число 2, другое - множителем минимум
, а в общем случае
. Разложение на множители
при чётном n=2k соответствует ф. (2) и ф.(3), но имеются два случая: первый, когда
имеет один множитель 2, а
-
; и когда
имеет множитель
, а
только один множитель 2. Вариантов разложения может быть несколько, но все они соотносятся с этими двумя случаями, отдельно друг от друга рассмотренными в Случай 1. (См. ф. (6) и ф. (11))
Из почленного сложения ф. (2) и ф. (3) имеем:
;
; (4)
а из почленного вычитания ф. (3) из ф. (2) имеем:
;
. (5)
Из ф. ф. (4) и (5) видно, что при соблюдении условия о нечётности Z и X необходимо, чтобы одно из чётных чисел
или
имело множителем только одно число 2. Тогда другое число должно иметь множителем
}, поскольку
– число чётное и имеет множителем минимум одно число
. При этом
и
не могут иметь общих множителей, кроме оговорённых выше кратных 2, поскольку в противном случае такие множители должны иметь также
и
, что противоречит условию о взаимной простоте Z, X и Y.
Поэтому
и
должны состоять из различных множителей числа
в той же степени, в степени n.
Поскольку из ф. (4) и ф. (5) следует, что одно из чисел
или
должно иметь множителем только одно число 2, а оба должны быть в степени n, то примем ф. (2) и ф. (3) в виде:
; (6)
; (7)
имея в виду, что
– число нечётное.
Из ф. ф. (4) и (5) выразим значение
и
, подставив вместо
значение
, а вместо
значение
.
;
.
Итак, имеем:
; (8)
. (9)
Поскольку
является степенью числа X при чётном n≥4, то его можно разложить на множители.
Разложим выражение (9) на множители по формуле для разности n – х степеней.
. (10)
Из ф. (10) следует, что разложение
на целочисленные множители невозможно.
Допустим:
; (11)
. (12)
Из почленного сложения и вычитания ф. ф. (11) и (12), аналогичным вышеизложенным имеем:
; (13)
. (14)
Разложим ф. (14) на множители.
. (15)
Доказано, что корень k из целого числа является рациональным числом только тогда, когда число под корнем является k – ой степенью другого целого числа, в остальных случаях такой корень есть иррациональное число. Поэтому
- число иррациональное, поскольку другим, меньшим
, может быть только 1.
Следовательно,
невозможно разложить на целочисленные множители, что однозначно и не допускает другой трактовки, а значит
,и здесь же
, являются степенью иррационального числа, и уравнение
при чётном n > 2 не имеет решения в целых положительных числах.
При этом особо нужно отметить, что для
при нечётном n/2=2k+1, характерен следующий ряд показателей:
(n-2)/n 0/2; 4/6; 8/10; 12/14; 16/18; 20/22 … , где первый показатель - 0/2 соответствует уравнению
при 2^(0/2)=√(2^0 )=√1=1, что делает возможным его целочисленные решения при невозможности таковых для остального ряда показателей.
Случай 2.
Z; X - нечётные, Y – чётное, n – нечётное.