Сегодня собрал воедино всё, что с необходимостью относится к доказательству ВТФ. Практически все положения либо хорошо известны специалистам по теории чисел, либо они доказываются совершенно просто, и потому большой частью я эти доказательства опускаю. К тому же почти все обсуждалось на математических форумах. Так что новым является лишь само доказательство, состоящее из одного абзаца и не содержащее практически никаких вычислений. Однако пропуски каких-то моментов вполне возможны, и они в процессе обсуждения будут включены в текст.
В.С.
Напомню основные факты из арифметики степеней и равенства Ферма:
Обозначения:
-
-я цифра от конца в числе
;
-
-значное окончание числа
;
всюду в тексте число
не кратно
;
все доказательства ведутся в системе счисления с простым основанием
.
1. Если числа
и
взаимопросты и
не кратно
, то числа
и
взаимопростые (известная лемма).
2. Если числа
и
взаимопросты и
кратно
, то число
кратно
лишь в первой степени (известная лемма). (Следовательно, число нулей на конце числа
на одно больше, чем их в числе
.)
3. Следствие: Если
, то
.
4.
(прямое следствие из малой теоремы Ферма).
5. Очевидно, что если
и
, то
.
6. Если
≠
, то для любого
существует такое число
, что
(известная лемма).
7. Среди цифр
существует
, такая что
≠
[действительно, в противном случае вторая цифра в сумме всех цифр от 1 до
в степени
не равна
, в то время как из членов, равноотстоящих от концов степенного ряда можно составить пары, в которых каждая сумма оканчивается на ДВА нуля)].
8. Допустим,
, где
9. числа
взаимопростые и
не кратно
.
10. Обозначения:
,
,
.
11. Числа
,
и
имеют вид:
,
и
(следствие из п.п. 1 и 8).
12.
(следствие из п.п. 4 и 8).
13.
(следствие из п.п. 4 и 12).
14.
(следствие из п.п. 11, 13 и бинома Ньютона).
15. Аналогично: Если
≠
и
≠
, то
.
16. Если же
(или
), то
(или
) будет оканчиваться на два нуля даже в случае
(см. п. 2).
17.
(следствие из п.п. 14, 15, 16 и 8).
18.
(ключевая формула) (верность утверждения становится очевидной после умножения этого равенства на
и применения п.п. 5, 17 и Следствия в п. 2).
19.
(следствие из п.п. 18 и 3).
20.
(следствие из равенства
и из п.п. 10 и 17).
И, наконец, само
доказательство ВТФ:
С помощью умножения равенства Ферма на некоторое
(из п. 6) - с сохранением степеней:
(буквенные обозначения чисел остаются прежними!) и их двузначных окончаний
- преобразуем двузначное окончание числа
в
, где цифра
такова, что
21.
≠
(см. п. 7).
И мы пришли к противоречию:
с одной стороны,
(см. п. 20),
с другой -
, где
, а
≠
, и, следовательно,
≠
(сравни п. 20).
Итак, ВТФ доказана для всех простых
.