業(yè)余數(shù)學家的大定理家喻戶曉彻坛,你知道他還有個小定理嗎?

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費馬——不是數(shù)學專業(yè)的業(yè)余愛好者

皮埃爾·德·費馬昌屉,法國律師和業(yè)余數(shù)學家。他在數(shù)學上的成就不比職業(yè)數(shù)學家差茵瀑,他似乎對數(shù)論最有興趣优妙,亦對現(xiàn)代微積分的建立有所貢獻迂尝。被譽為"業(yè)余數(shù)學家之王"集灌。

費馬涉足領域非常之廣腿短,解析幾何褐鸥、微積分凝果、概率論汇在、數(shù)論等等……

他獨立于笛卡爾之外浓恳,發(fā)現(xiàn)了解析幾何理論煮嫌。

笛卡兒是從一個用

軌跡來尋找拋物線笛谦、曲線等的方程的,而費馬則是從方程出發(fā)來研究軌跡的昌阿,這正是解析幾何基本原則的兩個相對的方面饥脑。

微積分方面,費馬建立了求切線懦冰、求極大值和極小值以及定積分方法灶轰,對微積分做出了重大貢獻。

概率論方面刷钢,一般概率空間的概念笋颤,是人們對于概念的直觀想法的徹底公理化。從純數(shù)學觀點看内地,有限概率空間似乎顯得平淡無奇伴澄。但一旦引入了隨機變量和數(shù)學期望時赋除,它們就成為神奇的世界了。費馬的貢獻便在于此非凌。

光學方面举农,費馬在光學中突出的貢獻是提出最小作用原理,也叫最短時間作用原理敞嗡。

對一個質點而言颁糟,其質量、速度和兩個固定點之間的距離的乘積之積分是一個極大值和極小值; 即對該質點所取的實際路徑來說秸妥,必須是極大或極小滚停。

費馬同時討論了光在逐點變化的介質中行徑時,其路徑取極小的曲線的情形粥惧。并用最小作用原理解釋了一些問題键畴。

這給許多數(shù)學家以很大的鼓舞。尤其是萊昂哈德·歐拉突雪,竟用變分法技巧把這個原理用于求函數(shù)的極值起惕。

這直接導致了拉格朗日的成就……

費馬在數(shù)論上的貢獻極其多,諸如:

(1)全部大于2的素數(shù)可分為4n+1和4n+3兩種形式咏删。

(2)形如4n+1的素數(shù)能夠惹想,而且只能夠以一種方式表為兩個平方數(shù)之和。

(3)沒有一個形如4n+3的素數(shù)督函,能表示為兩個平方數(shù)之和嘀粱。

(4)形如4n+1的素數(shù)能夠且只能夠作為一個直角邊為整數(shù)的直角三角形的斜邊;4n+1的平方是且只能是兩個這種直角三角形的斜邊;類似地,4n+1的m次方是且只能是m個這種直角三角形的斜邊辰狡。

(5)邊長為有理數(shù)的直角三角形的面積不可能是一個平方數(shù)锋叨。

(6)4n+1形的素數(shù)與它的平方都只能以一種方式表達為兩個平方數(shù)之和;它的3次和4次方都只能以兩種表達為兩個平方數(shù)之和;5次和6次方都只能以3種方式表達為兩個平方數(shù)之和,以此類推宛篇,直至無窮娃磺。

(7)發(fā)現(xiàn)了第二對親和數(shù):17296和18416。

……………………

可能單看成就感覺不到其偉大叫倍,但……

距離第一對親和數(shù)(220和284)誕生2500多年以后偷卧,才由費馬同志提出第二對親和數(shù)!

2

今天的主角之一——費馬大定理

n>2時且n是整數(shù)吆倦,則方程x^n+y^n=z^n沒有滿足的整數(shù)解听诸。

這個是不定方程,它已經(jīng)由英國數(shù)學家懷爾斯證明了(1995年)逼庞,證明的過程是相當艱辛的!

很有趣味的是蛇更,費馬在讀希臘數(shù)學家丟番圖的《算術》一書時,在 有方程x^2+y^2=z^2的那頁頁邊上,寫下了費馬大定理派任,且寫下了耐人尋味的一番話:我確信這是不可能的砸逊,基于此,我發(fā)現(xiàn)了一個美妙的證法掌逛,可惜這里空白的地方太小师逸,寫不下。

4

不太出名的費馬小定理

自從歐幾里得證明了質數(shù)的無窮多后豆混,關于質數(shù)的討論從未停止篓像,也永不會停止!

可是怎么找到下一個質數(shù)皿伺?

目前找到的最大的質數(shù)是:?2^74207281-1

我們無法寫出所有的質數(shù)员辩,那么有沒有一種方法可以判斷其是否是質數(shù)?或者通過觀察已知的質數(shù)來確定下一個質數(shù)的位置鸵鸥?

費馬提出了檢驗一個數(shù)是否是指數(shù)的方法:

檢驗數(shù)x是質數(shù)奠滑,則用2^x除以x后得到余數(shù)為2,則其是一個質數(shù)妒穴;否則反之宋税。

比如一個數(shù)是17, 2^17=131072讼油, 131072÷17=7710……?2杰赛,

故17是質數(shù)。

一開始矮台,數(shù)學家們認為這是一個正確的結論乏屯;

但是,實際上這一檢驗方法并不能得到所有的正確結論瘦赫。

比如:341=11*31瓶珊,不是質數(shù),

而 2^341÷341的余數(shù)也是 2 耸彪!

這個例子在1819年才被人們發(fā)現(xiàn)。

費馬其實指出了忘苛,這個方法不僅局限于 2 的冪蝉娜,而是可以擴展到 n 的冪,對于任何比x小的正整數(shù)n扎唾,求得n^x÷x的余數(shù)召川,如果對于所有的結果都是n,則其是一個質數(shù)胸遇,否則其是一個假質數(shù)荧呐!

比如,上面例子中的 341.

3^341÷341的余數(shù)不是3,而是168倍阐,所以其不是質數(shù)概疆。

可是,我們不可能驗證所有的可能性峰搪,這需要太多的計算了岔冀。

偉大的匈牙利質數(shù)奇才保羅埃爾德什評估出,要驗證一個小于10^150的數(shù)字是否是質數(shù)概耻,只要通過一個費馬的檢驗程序使套,就能知道該數(shù)字為非質數(shù)的概率小于10^43分之一。

也就是說鞠柄,檢驗一次驗證就足以發(fā)現(xiàn)其是否為質數(shù)侦高,當然,出錯的幾率還是存在的厌杜,但很蟹钋骸!

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END

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