Большая теорема Ферма. Доказательство для всех n≥3.
«Большая теорема Ферма» утверждает, что не существует отличных от нуля целых чисел
, для которых
(1)
где n простое
.
Для того, чтобы доказать, что уравнение (1) неразрешимо в целых числах, достаточно привести к противоречию предположение о существовании решения (
), состоящего из попарно взаимно простых чисел.
– попарно взаимно простые числа. (2)
Для них найдётся такое k, что
(3)
Возведём обе части равенства (3) в пятую степень:
(4)
(5)
(6)
Рассмотрим случай, когда
в равенстве (1):
, (7)
значит, с учётом (3),
делится на
, т.е. z и k имеют общий делитель.
Обозначим его q.
Вернёмся к уравнению (6).
В правой части все слагаемые делятся на q :
(8)
Возведём обе части уравнения (3) в квадрат:
(9)
. (10)
И при
k не имеет общего делителя с z.
Возведём обе части уравнения (8) в квадрат:
(11)
Вернёмся к уравнению (7), при выполнении которого ОБЯЗАТЕЛЬНО НАЙДЁТСЯ
(12)
Покажем это. Представим (12) в виде:
(13)
Обозначим
через
соответственно:
(14)
С учётом (3):
, (15)
Уравнение (15)- это то же уравнение (10) при
(16)
Таким образом, уравнение (12) не противоречит ни одному из приведённых
уравнений. При этом выполняется и условие (2).
В то же время с учётом (12) уравнение (11) принимает вид:
(17)
Видим, что в правой части уравнения (17) все слагаемые
делятся на q, а в левой остаётся
, который по условию (2) не делится на q.
Таким образом, ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ (12) не найдётся тройки взаимно
простых
, что, с учётом (14), ведёт к невозможности существования такой тройки и для n=5. Это противоречит начальным условиям, поэтому уравнение (7) неверно.
Т.е. , теорема Ферма для
доказана.
Рассуждения, приведённые выше, справедливы для любого простого
.
Таким образом, большая теорема Ферма доказана для всех простых
.
К сожалению, рассуждения, приведённые выше, не охватывают случай
.
Может поэтому Ферма доказывал верность теоремы для
после написания знаменитой фразы на полях «Арифметики» Диофанта. Кто знает…