Доказательство утверждения, частным случаем которого является великая теорема Ферма

Работа Скворцова Александра Петровича,

учителя, ветерана педагогического труда

Доказательство утверждения, частным случаем которого является великая теорема Ферма

Содержание

Общее утверждение

Утверждение 1

Доказательство Части первой «Утверждения 1»

Доказательство Части второй «Утверждения 1»

Пример

Примечание

«Вывод» о Великой теореме Ферма (простое)

Утверждение 2

Доказательство Части первой «Утверждения 2»

Доказательство Части второй «Утверждения 2»

Примечание

Окончательный «Вывод» о Великой теореме Ферма

Утверждение 3

Доказательство Части первой «Утверждения 3»

Доказательство Части второй «Утверждения 3»

Примечание

Общий вывод

Литература

Доказательство нижеприведённого «Утверждения» осуществлено элементарными средствами. В данной работе рассматриваются уравнения , частными случаями которых являются уравнения Ферма , где а – чётное число, и - целые числа, , , - =натуральные числа.

Метод, используемый в этой работе, опирается на применение дополнительного квадратного уравнения и его общего решения, чётность которого совпадает с числами, исследуемыми в моей работе.

Этот метод позволяет:

1. Судить о возможности существования целых решений уравнения Ферма для , т.е. о возможности существования «Пифагоровых троек», т.к. при рассуждениях никаких «противоречий» не возникает (доказательство этого в данной работе не приведено).

2. Судить об отсутствии решений в попарно взаимно простых целых числах уравнения , где - натуральное число, а – чётное число, т.к. при рассуждениях возникают «противоречия» (доказательство этого в данной работе не приведено, но дан пример на стр. 33).

3. Судить о возможности существования частного решения уравнения при(илиb = ±1, или c = ±1), которое входит в п. «Исключения» моего общего «Утверждения». И такие решения следующие:

а) b = ±1; c = ±3; a = 2.

б) b = 3; c = ±1; a = -2 («Пример» на стр. 33).

4. Судить о неразрешимости в целых числах уравнения , гдеа – чётное число. Это хорошо известный факт в теории чисел (доказательство этого в данной работе приведено).

5. Судить о неразрешимости в целых числах и уравнения Ферма . Это тоже хорошо известный факт в теории чисел (в данной работе это утверждение является следствием более общего утверждения).

6. Судить о неразрешимости в целых числах уравнения Ферма , где - натуральное число. Это тоже уже известный факт в теории чисел (в данной работе это утверждение является следствием более общего утверждения).

**********

Так как данное доказательство «Общего Утверждения» в этой работе проведено мною элементарными средствами, то думаю, и своё «Утверждение» великий Ферма вполне мог доказать подобным методом.

И последнее. Я думаю, что специалистам, наверное, известны ещё некоторые конкретные примеры (частные случаи уравнения ), подпадающих под доказываемое в данной работе «Общего Утверждения». Если такие примеры имеются, то в свою очередь это будет являться дополнительным подтверждением правильности выбранного пути доказательства вышеназванного «Общего Утверждения».

≥

ОБЩЕЕ УТВЕРЖДЕНИЕ, частным случаем которого является Великая теорема Ферма

1. Уравнение (, - натуральные числа) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

2. Но есть и «исключение» из данного утверждения: среди этих чисел , и может быть либо , либо .

***********

Чтобы доказать «ОБЩЕЕ УТВЕРЖДЕНИЕ», необходимо рассмотреть2 случая

для показателя q:

1) при - натуральном;

2) при - натуральном, а для этого достаточно рассмотреть случай .

Утверждение 1, частным случаем которого является Великая теорема Ферма, для простого показателя

Часть 1

Уравнение (, - натуральные числа, где при - натуральном) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Часть 2

Возможны случаи: либо , либо .

**********

Последнее утверждение (либо , либо ) в дальнейшем будем называть «исключением» из общего правила.

*********

Часть первая(Утверждения 1)

Уравнение (, - натуральные числа, где при - натуральном) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Доказательство

Понятно, что доказательство достаточно рассмотреть для - простого.

Докажем данное «Утверждение 1» методом от противного. Предположим, что уравнение разрешимо в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и . И если в конце доказательства мы придем к противоречию, доказав, что числа , и не являются попарно взаимно простыми целыми числами, то это будет означать, что «Утверждение 1» справедливо.

Из уравнения (1) следует:

(2),

где - четное целое число, т.к. и - нечетные;

≠ 0, т.к. и - взаимно простые нечетные целые числа, не равные нулю;

- нечетное целое число при и - нечетных, - простом.

********

Примечание

То, что - нечетное число при и - нечетных, хорошо известный факт в теории чисел.

Для подтверждения данного факта достаточно использовать разложение бинома

Ньютона , , , … и тогда получим для :

- сумму трех нечетных слагаемых, равную нечетному числу.

Для :

- сумму пяти нечетных слагаемых, равную нечетному числу.

Для степени - простой можно доказать, что при и нечетных

(3) - сумма нечетных слагаемых, равная нечетному числу(Алексеев С.Ф. Два обобщения классических формул // Квант. – 1988. - №10. – С. 23).

*******

Пусть (4),

где - нечетное число (на основании (3)).

Тогда уравнение (2) примет вид:

(5),

где - четное число, которое можно представить в виде

(6),

где - целое число (при = 0 а = 0, что противоречит нашему допущению),

(4) – нечетное число.

Тогда из соотношения (5) с учетом (6) получаем:

, т.е. (7), где - целое число (), - натуральное число.

Сумму же нечетных чисел и обозначим через , т.е.

(8),

где - целое число (, т.к. и - взаимно простые нечетные целые числа, не равные нулю).

Из (7) и (8) определим и :

=> =>

Откуда (11) - нечетное число при - нечетном и - четном, т.к. , причем (12) (явно) при .

********

Вывод:

На основании (8) и (11) имеем: (13) - нечетное число;

из соотношений (7) и (12) имеем: (14) (явно) при .

Это дополнительная информация о свойствах предполагаемых взаимно простых числах, которая в дальнейшем нам очень пригодится.

*******

Теперь попробуем выразить сумму квадратов чисел c и . Учитывая соотношения (9) и (10), получим:

Таким образом, получили следующее уравнение:

(15),

где - целые числа, которые, являясь решениями уравнения (15), в свою очередь, могут быть выражены через другие целые числа следующим образом:

(16) - нечетное число при - нечетном;

(17) - нечетное число при - нечетном;

(18) - нечетное число при - нечетном;

(19) - четное число.

Примечание: во всех последующих исследованиях (Случаях) нас не будут интересовать

t =0 иr=0 (при t =0 и - четные из (16) и (17), при r=0 = 0 (из (19)) => а = 0 (из (6)), что противоречит нашему допущению).

*******

Примечание.

Общий вид уравнения (15) следующий:

(20) ,

целыми решениями которого (это известный факт в теории чисел) являются:

(21) ;

(22) ;

(23) ;

(24) , где - целые числа.

То, что (21), …, (24) являются решениями уравнения (20), легко проверяется их подстановкой в данное уравнение (20), которое при этом превращается в тождество.

*******

Для простоты обозначим правые части уравнений (16), …, (19) буквами С, В, N, К, т.е.

= С

= В

= N

= К,

и рассмотрим случай, когда в правых частях уравнений (16), …, (19) перед С, В, N, К, стоят «плюсы» и выполняется Условие 1.

Условие1 (начало).

с = С

b = B

n = N

Случай «+».

(16+) = С - нечетное число при - нечетном;

(17+) = В - нечетное число при - нечетном;

(18+) = N - нечетное число при - нечетном;

(19+) = К - четное число.

Казалось бы, все в порядке: четность в (16+), …, (19+) совпадает при -нечетном с нашими предыдущими рассуждениями.

Однако не все так просто.

Помимо всего прочего, у нас есть еще две дополнительные информации (13) и (14) (очетности, заключенной в «Выводе» (стр.5)), вытекающие из предположения о том, что, вопреки условию «Утверждения 1», допустим, существуют попарно взаимно простые целые числа .

Попробуем найти сумму , воспользовавшись их выражениями (16+) и (17+):

,

т.е. пропорционально 4, откуда следует, учитывая (13) в «Выводе» (стр.5), !

Т.е., вопреки «Выводу», в Случае «+»является не нечетным, а четным числом, что возможно (из (18+)) при -четном.

Однако, если - четное, то (в (16+) и (17+))являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являются попарно взаимно простыми целымичислами.

Мы пришли к противоречиюв Случае «+» с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 1 не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Казалось бы, 1-я часть «Утверждения 1» доказана. На самом деле у уравнения (15) есть еще решения. Нетрудно догадаться, что решениямиуравнения (15) являются следующие выражения n, :

Случаи «+» и «-».

(16±) ;

(17±) ;

(18±) ;

(19±) .

Мы рассмотрели случай, когда перед скобками в (16±), …,(19±) стояли только «плюсы» (Случай «+»)

******

Случай «-».

(16-) ;

(17-) ;

(18-) ;

(19-) .

Случай, когда перед теми же скобками стоят только «минусы» (Случай «-»), аналогичен вышерассмотренному Случаю «+».

И в этом случае сумма пропорциональна 4, откуда следует, (учитывая (13) в «Выводе» (стр.5)), !

Т.е., вопреки «Выводу», и в этом Случае «-» является не нечетным, а четным числом, что возможно (из (18-)) при -четном.

Однако, если - четное, то (в (16-) и (17-))являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являются попарно взаимно простыми целымичислами.

Мы пришли к противоречию (в Случае «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

Вывод. Следовательно, уравнение (1) в данном Условии 1(начало) не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Примечание.

Осталось рассмотреть еще 14 случаев, когда перед С, В, N, К стоятвсевозможные знаки (плюсы и минусы). Но об этом - во 2-ой части данного Утверждения 1.

********

Т.к. уравнение (15) симметрично для с и b (для уравнения (15) они равнозначны), тосиbмогут обмениваться не только знаками «+» и «-», но и своими выражениями (Cи В). Это свойство назовем «новым свойством ». Поэтому аналогичны вышерассмотренному и случаи («Новые» случаи «+» и «-»), когда опять же перед теми же скобками стоят одинаковые знаки.

Условие 2 (начало)

с =B

b = С

n = N

«Новые» случаи«+» и «-».

(16´±) c=± В

(17´±) b=±С

(18±) =±N

(19±) =±К

И в этом случае сумма пропорциональна 4, откуда следует, (учитывая (13) в «Выводе» (стр.5)), !

Т.е., вопреки «Выводу», и в этих «Новых» случаях«+» и «-» является не нечетным, а четным числом, что возможно(из (18±)) при -четном.

Однако, если - четное, то (в ((16´±) и ((17´±))являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являются попарно взаимно простыми целымичислами.

Мы пришли к противоречию (в «Новых» случаях «+» и «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 2 (начало) не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Примечание

Осталось рассмотреть еще 14 случаев (пояснение ниже),рассматривающих «новые свойства », когда перед С, В, N, К стоят всевозможные знаки (плюсы и минусы). Но об этом во 2-ой части данного Утверждения 1.

********

Уравнение (15)симметрично и для n и для (для уравнения 15 они равнозначны), которые тоже могут меняться своими выражениями (Nи К). Это свойство назовем «похожим свойством nи ». А это означает, что нам придется рассмотреть еще 16 «похожих» случаев (с 1-го по 14 и случаи «+» и «-», в которых nи меняются своими выражениями (Nи К )).

Условие 3

c = C

b = B

n = К

N

« Похожие» случаи «+» и «-».

(16±) с = ± С = ± ()

(17±) b= ± В =± ()

(18´±) n= ± К = ± ()

(19´±) = ± N= ± ()

Согласно одному из Выводов (формула (14)) (явно) при . Но это возможно, глядя на (19´±) = ±N= ±() только при t- четном, при которых в (16±) и (17±) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию (в «Похожих» случаях «+» и «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

В остальных 14 «похожих» случаях, где опять же= ± N= ± () и перед С, В, N, К стоятвсевозможные знаки (плюсы и минусы), рассуждая аналогичным способом (и при этом не затрагивая «новые свойства » (пояснение следует)), мы придем к прежнему результату: cиb – четные,чего не должно быть.

Это значит, что мы опять придем к противоречиюс нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 3 не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

********

Пояснение(почему не надо в Условии 3 затрагивать «новые свойства »).

Запишем Условия (1, …, 3).

Условие 1 Условие 2 Условие 3 Условие 2+3

с = С с =Bc = Cc =B

b = Bb = Сb = B=> b = C

n= Nn = Nn = К n = К

Если теперь поменять обозначения между собойв Условии 2+3 снаb, аbнаc

в верхних двух строчках и nна , ана nвнижних двух строчках, то вернемся снова к обозначениям в Условии 1, которое во 2-й части «Утверждения 1»нами будет исследовано до конца:

Условие 2+3 Условие 1

c =Bb = Bс = С

b = C=> с = С => b = B

n = К n = N

n = N

Вывод.

1. Таким образом, в вышерассмотренных Условиях 1 (начало), 2 (начало) и 3,

Уравнение (1) (, - натуральные числа, где при - натуральном) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

2. 1-я часть «Утверждения 1» (для Условий 1(начало), 2 (начало) и 3) доказана.

*********

Часть вторая(Утверждения1)

Возможны случаи: либо , либо .

(Об «Исключении» из общего правила)

Доказательство

Условие 1(продолжение).

Всего случаев 16. Два из них рассмотрели в 1-й части Утверждения 1 (Случаи «-» и «+»).

Осталось рассмотреть еще 14 случаев, когда перед С, В, N и К в решениях уравнения (15) стоят разные знаки.

Пояснение.

Случаев всего 14, когда перед С, В, N и К в решениях уравнения (15) стоят разные знаки и число их равно числу Р перестановок из m= 4 элементов (c, b, nи) по n= 1; 2; 3 элементов (плюсов (+) перед С, В, N и К) в каждом (по n = 0; 4 элементов ( Р = 1+1 = 2 ) мы уже рассмотрели - это 2 случая: Случаи «-» и «+» соответственно):

********

Случай 1.

(16)

(17′)

(18)

(19)

Тогда сумма имеет вид:

Учитывая (14) и (19), можно получить разность :

=>.

Выразим из (25) и (26) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми числами, поэтому их общий множитель .

Т.о., имеют вид:

, , а их сумма .

Т.к. из (8) , то => .

Из (19) с учетом (29) выразим :

, т.е. .

Т.о., , , т.е.

,

выражения которых, с учетом (33), полностью совпадают с (9) и (10).

Теперь, с учетом (17′) и (18), найдем сумму :

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование «плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (29). В последующих действиях мы это учтем).

Теперь, учитывая (32), получим значение для b:

, т.к. из (29) вытекает .

Итак, .

Учитывая (35), получим => .

Теперь, с учетом (38),можно получить окончательное выражение для с (из (34)):

, т.е. .

Таким образом, уравнение (15), решениями которого являются (16), (17′), (18) и (19), в конечном счете имеет следующие решения:

, ,

, ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Случай 2

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (15) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (16), (17′), (18) и (19), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (39), (37), (38) и (33), т.е.

, ,

, ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Случай 3

(16)

(17′)

(18)

(19′).

Тогда сумма имеет вид:

Учитывая (14) и (19′), можно получить разность :

- => (26′).

Выразим из (25) и (26′) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми нечетными числами, поэтому их общий множитель.

Т.о., имеют вид:

(30′), (31′), а их сумма .

Т.к. из (8) , то => .

Из (19´) с учетом (29) выразим :

, т.е. (33´).

Т.о., , ,

где ,

т.е. (34´), (35´), выражения которых, с учетом (33´), полностью совпадают с (9) и (10).

Теперь, с учетом (17′) и (18), найдем сумму :

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование«плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (29). В последующих действиях мы это учтем).

Теперь, учитывая (32), получим значение для b:

, т.к. из (29) вытекает .

Итак, .

Учитывая (35´), получим => ().

Теперь, с учетом (), можно получить окончательное выражение для с (из (34´)):

, т.е. (39´´).

Таким образом, уравнение (15), решениями которого являются (16), (17′), (18) и (19´), в конечном счете имеет следующие решения:

(39´´), (38´´), где - взаимно простые нечетные

, (33´), целые числа.

********

Случай 4

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (15) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (16), (17′), (18) и (19´), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (39´´), (37), (38´´) и (33´), т.е.

(39´´´), (38´´´), (37´), (33),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Подведем некоторый итог. Нами рассмотрено 4 случая решений уравнения (15).

Ранее мы обозначили правые части уравнений (16),…, (19) буквами С, В, N, К, т.е

= С

= В

= N

= К

Тогда эти первые 4 случая следующие:

1. (16) 2. (16´) (39´)

(17´) (37) (17) (37´)

(18) (18´) (38´)

(19)(33) (19´) (33´)

3. (16) (39´´) 4. (16´) (39´´´)

(17´) (37) (17) (37´)

(18) (38´´) (18´) (38´´´)

(19´) (33´) (19)(33)

*********

Рассмотрим еще 10 случаев.

5. с = С6. с = - С7. c= C8. c= - C

b = - Bb= Bb= - Bb= B

n= - Nn= Nn= - Nn= N

9. с = С. 10. с = -С 11. с = С 12. с = -С

b = Bb = -Bb = Bb = -B

n =- Nn = Nn = Nn =- N

13. с = С 14. с = -С

b = Bb =- B

n =- Nn = N

*******

Итак, рассмотрим случай 5.

Случай 5

(16)

(17´)

(18´)

(19).

Тогда сумма имеет вид:

Учитывая (14) и (19), можно получить разность :

=> .

Выразим из (25) и (26) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми числами, поэтому их общий множитель .

Т.о., имеют вид:

, , а их сумма .

Т.к. из (8) , то => .

Из (19) с учетом (29) выразим :

, т.е. .

Т.о., , , т.е.

,

выражения которых, с учетом (33), полностью совпадают с (9) и (10).

Теперь, с учетом (17′) и (18´), найдем разность :

т.к. , т.е. (36´).

(Здесь чередование «плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (29). В последующих действиях мы это учтем).

Теперь, учитывая (32), найдем разность (b-n)-n:

где .

Т.к. b+ c=2n, то b-2n= b- (b+ c) = - c= -1 => c= 1 (40).

Учитывая (34), получим => (38´).

Теперь, с учетом (38´), можно получить окончательное выражение для b (из (35)):

, т.е. (41).

Таким образом, уравнение (15), решениями которого являются (16), (17′), (18´) и (19), в конечном счете, имеет следующие решения:

(41), , где - взаимно простые нечетные целые (40), (38´), числа

*******

Случай 6

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (15) были бы решения, противоположные по знаку с решениями (16), (17′), (18´) и (19), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (40), (41), (38´´) и (33), т.е.

(40´), (38),

(41´), (33´), где - взаимно простые целые нечетные числа.

*******

Случай7

(16)

(17´)

(18´)

(19´)

Тогда сумма имеет вид:

Учитывая (14) и (19´), можно получить разность :

=> (26´).

Выразим из (25) и (26´) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми числами, поэтому их общий множитель.

Т.о., имеют вид:

(30´), (31´), а их сумма .

Т.к. из (8) , то => .

Из (19´), с учетом (29), выразим :

, т.е. (33´).

Т.о., , , т.е.

(34´),

(35´),

выражения которых, с учетом (33), полностью совпадают с (9) и (10).

Теперь, с учетом (17′) и (18´), найдем разность :

т.к. , т.е. (36´).

(Здесь чередование «плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (29). В последующих действиях мы это учтем).

Теперь, учитывая (32), найдем разность (b-n)-n:

где .

Т.к. b+c=2n, то b-2n= b-(b+c) = -c= -1 => c= 1 (40).

Учитывая (34´), получим => (38´´´).

Теперь, с учетом (38´´´), можно получить окончательное выражение для b (из (35´)):

, т.е. (41´´).

Таким образом, уравнение (15), решениями которого являются (16), (17′), (18´) и (19´), в конечном счете, имеет следующие решения:

(40), (38´´´),

(41´´), (33´), где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Случай 8

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (15) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (16), (17′), (18´) и (19´), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (40), (41´), (38´´´) и (33´), т.е.

(40´), (38´´),

, (33), где - взаимно простые целые нечетные числа.

*******

Вывод

Итак, после анализа полученных решений в Случаях 1,…, 8, уравнение (15), где c и b – взаимно простые целые нечетные числа, имеет решение в следующих целых числах:

а) ; ; ; ;

б) ; ; ; .

А это в свою очередь означает, что и уравнение при вышеназванных условиях (смотри Утверждение1) может иметь целые решения либо при , либо при .

Случай 9

(16)

(17)

(18´)

(19)

Из (16) и (17) имеем:

Учитывая (14) и (19), можно получить разность другим способом:

=>.

Следовательно,

==> 2t = 4r( ≠ 0, т.к.в (26´´) с ≠ b) => t = 2r(32´) => в (16) и (17) cиb– четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*********

Случай 10

(16´)

(17´)

(18)

(19´),

т.е. по сравнению с предыдущим случаем 9 здесь знаки перед скобками противоположные, а потому (по понятным причинам) результат будет таким же, что и в случае 9.

Действительно, из (16´) и (17´) имеем:

Учитывая (14) и (19´), можно получить разность другим способом:

- =>.

Следовательно, -=-=> 2t = 4r( ≠ 0, т.к.в (26´´) с ≠ b) => t = 2r(32´) => в (16´) и (17´) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Случай 11

(16)

(17)

(18)

(19´)

Из (16) и (17) имеем:

Учитывая (14) и (19´), можно получить разность другим способом:

- =>.

Следовательно, =-=> 2t = - 4r( ≠ 0, т.к.в (26´´) с ≠ b) => t = -2r(32´) => в (16) и (17) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречиюс нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

Случай 12

(16´)

(17´)

(18´)

(19),

т.е. по сравнению с предыдущим случаем 11 здесь знаки перед скобками противоположные, а потому (по понятным причинам) результат будет таким же, что и в случае 11.

Действительно, из (16´) и (17´) имеем:

Учитывая (14) и (19), можно получить разность другим способом:

=>.

Следовательно, -==> 2t = - 4r( ≠ 0, т.к.в (26´´) с ≠ b) => t = -2r(32´) => в (16) и (17) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

Случай 13

(16)

(17)

(18´)

(19´)

Из (16) и (17) имеем:

Учитывая (14) и (19´), можно получить разность другим способом:

- =>.

Следовательно, =-=> 2t = - 4r( ≠ 0, т.к.в (26´´) с ≠ b) => t = -2r(32´) => в (16) и (17) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Случай 14

(16´)

(17´)

(18)

(19),

т.е. по сравнению с предыдущим случаем 13 здесь знаки перед скобками противоположные, а потому (по понятным причинам) результат будет таким же, что и в случае 13.

Действительно, из (16´) и (17´) имеем:

Учитывая (14) и (19), можно получить разность другим способом:

=>.

Следовательно, -==> 2t = - 4r( ≠ 0, т.к.в (26´´) с ≠ b) => t = -2r(32´) => в (16) и (17) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

***********

Вывод.

1. Таким образом, случаи 9,…, 14 новых возможных решений уравнения (15) не выявили.

2. Условие 1 (продолжение) нами полностью рассмотрено.

**********

Условие 2(продолжение).

Ранее мы отмечали, что уравнение (15) симметрично для с и b, поэтомус и bмогут меняться своими выражениями (Cи В). Это свойство нами было названо «новым свойством ».

В 1-й части Утверждения 1 мы рассмотрелидва «Новых» случая«+» и «-».

Осталось исследовать еще 14 случаев,рассматривающих «новые свойства », когда перед С, В, N, К стоят всевозможные знаки (плюсы и минусы).

********

«Новый» случай 15

(Отличающийся «новым свойством » от случая 1: с = С, b= -В, n= N, K)

с = - В (16-B),

b= С (17+C),

n= N(18),

K(19) - это общие решения уравнения (15), окончательным видом которых являются (это мы покажем далее) окончательныерешения уравнения (15) в случае 8, т.е.

(40´), (38´´),

, (33),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Доказательство

Сумма имеет вид:

Учитывая (14) и (19), можно получить разность :

=> .

Выразим из (25) и (26) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми числами, поэтому их общий множитель .

Т.о., имеют вид:

, , а их сумма .

Т.к. из (8) , то => .

Из (19) с учетом (29) выразим :

, т.е. .

Т.о., , , т.е.

, выражения которых, с учетом (33), полностью совпадают с (9) и (10).

Теперь найдем сумму с:

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование «плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (29). В последующих действиях мы это учтем).

Теперь, учитывая (32), получим значение для с:

,

т.к. из (29) вытекает .

Итак, .

Учитывая (34), получим => .

Теперь, с учетом (38´´), можно получить окончательное выражение для b (из (35)):

, т.е. .

Таким образом, уравнение (15), решениями которого являются (16-B), (17+C), (18) и (19), в конечном счете имеет следующие решения (являющиеся окончательными решениями в случае 8):

, где - взаимно простые нечетные целые числа, ч.т.д.

*********

Примечание

То, что окончательные решения в случаях 15 и 8 одинаковые, вытекает и изследующего соображения, которое используем в дальнейшем (для быстроты суждений).

Случай 15. Случай 8

с = - В (16-B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= В (17),

n= N(18),n= N(18),

K(19), K(19).

У этих случаев одинаковые знаки в правых частях с и b, но разные выражения (С и В), в остальном эти случаи похожи.

Соображение

Если в этих случаях решения совпадают, значит, у них надо выявить что-то общее. Этим общим свойством для них являются произведение и разность с иb.

«Общие свойства для с иb»:

сb= -СВ, с – b= -С -В,с – b=2К

Воспользуемся свойствами корней квадратного уравнения (теоремой Виета). Имеем:

с(-b)= СВ, с+(– b)= -С -В = 2К.

Отсюда получаем квадратное уравнение

- 2К+С В =0 => X_1,2 = К,

где, например, Х₁ = -b, а Х₂ = с, то есть

Х₁ = -b= К +=+= += + = -В =>b= В,

где на основании и Х₁ = - b= -

Х₂= с = К-= -= -= - = -С => с = - С,

где на основании (40´) и Х₂ = Таким образом, мы получили случай 8:

Случай 8

с = - С (16´),

b= В (17),

n= N(18),

K(19),

где

, а - взаимно простые нечетные целые числа.

Теперь обозначим Х₁ =с, а Х₂ = -b. Тогда получим:

Х₁ =с = К+=+= += + = -В =>с = -В,

где на основании (40´) и Х_{1 =} с = -1.

Х₂ = -b = К-= -= -= - = -С => - b= -С => b= С,

где на основании и Х₂= -

Таким образом, мы получили случай 15:

Случай 15

с = -В (16-B),

b= С (17+C),

n= N(18),

K(19),

где

, а - взаимно простые нечетные целые числа.

Таким образом, одно и то же квадратное уравнение - 2К+С В =0, дает одинаковые решения X_1,2 = К (X₁₍₂₎ =-Х₂₍₁)= -1)идля Случая 8 и для Случая 15, значит и одинаковые их окончательные решения:

, а - взаимно простые нечетные целые числа.

В этом мы непосредственно и убедились.

Следовательно, «Общие свойства для сиb» (сb= -СВ, с – b= -С -В,с – b= 2К) действительно определяютСлучаи 15 и 8, имеющие одинаковые знаки у сиbи отличающиеся друг от друга у них выражениями (С и В), а, значит, и одинаковый вид их окончательных решений. Этой похожестьюсиb, их отличием друг от друга и вышерассмотренными «Общими свойствами для сиb» мы воспользуемся при рассмотрении последующих случаев.

*********

Вывод(критерий одинаковости окончательных решений).

Если в каких-либо двух случаях наблюдаются вышерассмотренные «Общие свойства для сиb» (сb= const´, с – b= const´´, с – b= const´´´ ), то в этих случаях окончательные решения имеют одинаковый вид.

*********

«Новый» случай 16

(Отличающийся «новым свойством » от случая 2: с = - С, b= В, n= -N, -K)

Случай 16. Случай 7.

с = В с = С

b= -Сb= -В

n= -Nn= -N

-K-K

Окончательные решения в случае 7:

(40), (38´´´),

(41´), (33´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= С+В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи16 и 7 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

(40), (38´´´),

(41´), (33´),

где - взаимно простые нечетные целые числа, являющиеся и окончательными решениями уравнения (15) в случае 7.

********

«Новый» случай 17

(Отличающийся « новым свойством » от случая 3: с = С, b= -В, n= N, -K)

Случай 17. Случай 6.

с = - В (16-B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= В (17),

n= N(18),n= N(18),

-K(19´), -K(19´).

Окончательные решения в случае 6:

(40´), (38),

(41´), (33´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= -С –В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи17 и 6 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

(40´), (38),

(41´), (33´),

где - взаимно простые целые нечетные числа.

*********

«Новый» случай 18

(Отличающийся «новым свойством » от случая 4: с = - С, b= В, n=- N, K)

Случай 18. Случай 5.

с = В (16+B), с = С (16),

b=- С (17-C), b= -В (17´),

n=- N(18´),n= -N(18´),

K(19), K(19).

Окончательные решения в случае 5:

(40), (38´),

(41), ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= С +В = const´´, с – b= 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи18 и 5 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

(41), ,

где - взаимно простые нечетные целые (40), (38´), числа.

********

«Новый» случай 19

(Отличающийся «новым свойством » от случая 5: с = С, b=- В, n=- N, K)

Случай 19. Случай 4.

с = - В (16-B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= В (17),

n=- N(18´),n= -N(18´),

K(19), K(19)

Окончательные решения в случае 4:

(39´´´), (38´´´),

(37´), (33),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= -С - В = const´´, с – b= 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи19 и 4 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

(39´´´), (38´´´),

(37´), (33),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

********

«Новый» случай 20

(Отличающийся «новым свойством » от случая 6:с = - С, b= В, n= N, -K)

Случай 20. Случай 3.

с = В (16+B), с = С (16),

b= -С (17-C), b= -В (17´),

n= N(18),n= N(18),

-K(19´), -K(19´).

Окончательные решения в случае 3:

(39´´), (38´´),

, (33´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= С + В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи20 и 3 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

(39´´), (38´´), где - взаимно простые нечетные

, (33´), целые числа.

********

«Новый» случай 21

(Отличающийся «новым свойством » от случая 7: с = С, b= -В, n= -N, -K)

Случай 21. Случай 2.

с = -В (16-B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= В (17),

n=- N(18´),n= -N(18´),

-K(19´), -K(19´).

Окончательные решения в случае 2:

,

,

где - взаимно простые нечетные целые числа

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= - С - В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи21 и 2 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

, ,

, ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*********

«Новый» случай 22

(Отличающийся «новым свойством » от случая 8: с = -С, b= В, n= N, K)

Случай 22. Случай 1.

с = В (16+B), с = С (16),

b= -С (17-C), b=- В (17´),

n= N(18),n= N(18),

K(19), K(19)

Окончательные решения в случае 1:

, ,

,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= - СВ = const´, с – b= С + В = const´´, с – b= 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи22 и 1 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е.

, ,

, ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

**********

Вывод

Таким образом, в «Новых» случаях 15,…, 22 новых возможных решений уравнения (15) не выявили.

*********

«Новый» случай 23

(Отличающийся «новым свойством » от случая 9: с = С, b= В, n= -N, K)

Случай 23. Случай 12.

с = В (16+B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= - В (17´),

n= - N(18´),n= - N(18´),

K(19), K(19)

Окончательный вывод в случае 12: cиb – четные, чего не должно быть.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= СВ = const´, с – b= -С + В = const´´, с – b= 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи23 и 12 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е. cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

«Новый» случай 24

(Отличающийся «новым свойством » от случая 10: с = -С, b= -В, n= N, -K)

Случай 24. Случай 11.

с = -В (16-B), с = С (16),

b=-С (17-C), b= В (17),

n= N(18),n= N(18),

-K(19´), -K(19´).

Окончательный вывод в случае 11: cиb – четные, чего не должно быть.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= СВ = const´, с – b= С - В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи24 и 11 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е. cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

«Новый» случай 25

(Отличающийся « новым свойством » от случая 11: с = С, b= В, n= N, -K)

Случай 25. Случай 10.

с = В (16+B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= - В (17´),

n= N(18),n= N(18),

-K(19´), -K(19´).

Окончательный вывод в случае 10: cиb – четные, чего не должно быть.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением » и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb(сb= СВ = const´, с – b= -С + В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи25 и 10 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е. cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*********

«Новый» случай 26

(Отличающийся «новым свойством » от случая 12: с = - С, b=- В, n= -N,K)

Случай 26. Случай 9.

с = - В (16-B), с = С (16),

b= - С (17-C), b= В (17),

n= - N(18´),n= - N(18´),

K(19), K(19).

Окончательный вывод в случае 9:cиb – четные, чего не должно быть.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» (сb= СВ = const´, с – b= С - В = const´´, с – b= 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи26 и 9 имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е. cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

«Новый» случай 27

(Отличающийся «новым свойством » от случая 13: с = С, b= В, n= -N,-K)

Случай 27. Случай «-».

с = В (16+B), с = - С (16´),

b= С (17+C), b= - В (17´),

n= - N(18´),n= - N(18´),

-K(19´), -K(19´).

Окончательный вывод в случае «-»: cиb – четные, чего не должно быть.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением» и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb» ( сb= СВ = const´, с – b= - С + В = const´´, с – b= - 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи27 и «-» имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е. cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

«Новый» случай 28

(Отличающийся «новым свойством » от случая 14: с = -С, b= -В, n= N,K)

Случай 28. Случай «+».

с = - В (16-B), с = С (16),

b= - С (17-C), b= В (17),

n= N(18),n= N(18),

K(19), K(19).

Окончательный вывод в случае «+»: cиb – четные, чего не должно быть.

Воспользуемся вышерассмотренным «Соображением » и его «Выводом».

Т.к. «Общие свойства для с иb(сb= СВ = const´, с – b= С - В = const´´, с – b= 2К = const´´´ ) выполняются, то Случаи28 и «+» имеют одинаковый вид окончательных решений уравнения (15), т.е. cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Вывод

1. Таким образом, «Новые» случаи 23,…, 28 новых возможных решений уравнения (15) не выявили.

2. Условия 1 и 2 ( продолжения ) Утверждения(1) нами рассмотрены.

*********

Итак, уравнение (15) , если c и b – взаимно простые целые нечетные числа, имеет решение (после анализа всех полученных решений) только в следующих целых числах:

а) ; ; ; ;

б) ; ; ; .

А это в свою очередь означает, что и рассматриваемое уравнение (, - натуральные числа, где при - натуральном) может иметь целые решения либо при , либо при .

************

Вывод: 2-я часть «Утверждения 1» доказана.

В результате исследования уравнения (1) мы имеем:

Вывод 1. Уравнение (1) (, - натуральные числа, при - натуральном) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Возможны случаи: либо , либо .

*******

В качестве подтверждения можно рассмотреть такой пример.

Пример

Нетрудно доказать вышерассмотренным методом, что уравнение (42), где - натуральное число, a – четное, b и c нечетные целые числа, не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах a, b, c.(Хотя ход доказательства несколько отличается, т.к. == с + b - число четное при q = 2 и b и c нечетных целых числах).

При «Исключением» являются , или .

(При «Исключением» являются, например, или ,при которых а = 2 ивыполняется тождество(этот случай рассматривать не будем).

Действительно, решениями уравнения, например, a³ = c² - b² (43)являются (это хорошо известно в теории чисел) следующие выражения:

a = α² – δ² - четное число при α и δ– нечетных или четных.

c = α³ + 3αδ² - четное число при α и δ – нечетных или четных.

b = 3α²δ + δ³ - четное число при α и δ – нечетных или четных.

(Такой же результат получается (a, c, b – четные числа) для любого уравнения

(42), где - натуральное.)

Однако вернемся к уравнению (43) a³ = c² - b².

«Исключением» являются следующие его решения:

1. b = ±1; c = ±3; a = 2 (при r = 1 и = ±3);

2. b = 3; c = ±1; a = -2 (при r = -1 и = 3),

при которых получаем соответственно тождества:

1. 2³ ≡ (±3)² – (±1)²

2. (-2)³ ≡ (±1)² – (±3)²

**********

Примечание.

1. Великая теорема Ферма для доказывается аналогичным способом, примененным при доказательстве «Утверждения 1», в результате чего возникает «противоречие» при оценке четности чисел a, b, c. Это мы покажем ниже при доказательстве «Утверждения 2».

2. Для степени p = 2 в уравнении такого «противоречия» при оценке четности чисел a, b, c не возникает.

3. Данное «Утверждение 1» автоматически доказывает справедливость Великой теоремы Ферма для показателя простом, т.к. она является частным случаем этого «Утверждения 1» при простом. Имея дело с уравнением (44) , где простое, a, b, c - целые отличные от нуля числа, становится возможным применение метода бесконечного спуска, о чем в свое время упоминалось самим Ферма.

«Исключение» (b = ±1 или c = ±1) в «Утверждении 1» на Великую теорему Ферма не распространяется, т.к. в теории чисел хорошо известно, что целые числа a, b, c, удовлетворяющие соотношению (44) (если такие существуют) должны удовлетворять неравенствам ‌‌| a | > p, | b | > p, | c | > p(Постников М.М. Введение в теорию алгебраических чисел. – М. – Наука. – 1982. - С. 13).

Вывод:Великая теорема Фермадля степени простом доказана.

********

Утверждение 2,

частным случаем которого является Великая теорема Ферма, для показателя q = 4

Часть 1

Уравнение ( - четное, q = 4 = 2^m, гдеm = 2) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Часть 2

Случаи (либо b = ± 1, либо c = ± 1) ОТСУТСТВУЮТ.

**********

Часть первая(Утверждения 2)

Уравнение ( - четное, q = 4 = 2^m, гдеm = 2) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Доказательство

Итак, имеем уравнение (1), где - четное, числаa, b, c (если, конечно, онисуществуют) – попарно взаимно простые целые числа (это наше допущение – вопреки «Утверждению 2»), среди которых только одно четное число a.

Из уравнения (1) следует: => (2).

Пусть (3), где и β- целые числа, отличные от нуля и c² + b² = 2 β(4), где β –нечетноечисло при cи b- нечетных.

*********

Примечание

То, что βв уравнении (4) нечетное число, хорошо известный факт в теории чисел, который легко доказывается.

Представим нечетные числа b и c в виде:

b = 2n₁ + 1; c = 2n₂ + 1,

где n₁ и n₂- произвольные целые числа. Тогда

b² + c² = (2n₁ + 1)² + (2n₂ + 1)² = 2 [2 (n₁²+n₂²+n₁+n₂) + 1],

где в квадратных скобкахнечетное число, что и требовалось доказать.

*******

Тогда из уравнения (2) следует (с учетом (3) и (4):

= , где c² + b² ≠ 0, т.к. c≠ 0, b≠ 0, т.е.

(5),

где k – целое число, отличное от нуля, т.к. cи b взаимно простыецелые числа (при – целое числоk - четное число, т.к. пропорционально 4 (явно) при b и с – нечетных числа => 2^l-2k– четное число при).

Из соотношений (4) и (5) определяем b² и c²:

=> =>

Откуда β = b² + 2^l-2k(8) - нечетное число(из (4)) при b– нечетном и 2^l-2k- четном.

*********

Вывод:

1. Из соотношения (4) имеем:

(9)- нечетное число.

2. Из соотношения (5) имеем:

(10)пропорционально 2 (явно), т.е. - четное число.

Это дополнительная информация о свойствах предполагаемых взаимно простых числах, которая в дальнейшем нам очень пригодится.

*******

Теперь попробуем выразить сумму четвертых степеней чисел c и . Учитывая соотношения (6) и (7), получим:

,

т.е. (11),

где - целые числа, которые, в свою очередь, как мы знаем из предыдущего доказательства «Утверждения 1» (для ), могут быть выражены через другие целыечисла следующим образом:

(12) - нечетное число при - нечетном;

(13) - нечетное число при - нечетном;

(14) - нечетное число при - нечетном;

(15) - четное число.

Примечание: во всех последующих исследованиях (Случаях) нас не будут интересовать t =0 иr=0 (при t =0 и - четные из (12) и (13), при r=0 = 0 (из (15)) => а = 0 (из (3)), что противоречит нашему допущению). .

*******

Для простоты опять обозначим правые части уравнений (12), …, (15) буквами С, В, N, К, т.е.

= С

= В

= N

= К,

и рассмотрим случай, когда в правых частях уравнений (12), …, (15) перед С, В, N, К, стоят «плюсы» и выполняется Условие1.

********

Условие1 (начало)

с² = С

b² = B

= N

Случай «+».

(12+) - нечетное число при - нечетном;

(13+) - нечетное число при - нечетном;

(14+) - нечетное число при - нечетном;

(15+) - четное число.

Казалось бы, все нормально: четность чисел в (12+),…, (15+) совпадают при- нечетном с нашими предыдущими рассуждениями.

Однако не все так просто.

Помимо всего прочего, у нас есть еще две дополнительные информации (9) и (10) (о четности, заключенной в «Выводе» (стр.36)), вытекающие из предположения о том, что, вопреки условию «Утверждения 2»,допустим, существуют попарно взаимно простые целые числа .

Попробуем найти сумму , воспользовавшись их выражениями (12+) и (13+):

,

т.е. => () пропорционально 4, откуда следует, учитывая (9) в «Выводе» (стр.36),

!

Т.е., вопреки «Выводу»,является не нечетным, а четным числом, что возможно (из (14)) при - четном.

Однако, если - четное, то (в (12+) и (13+)) являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являютсяпопарно взаимно простыми целыми числами.

Мы пришли к противоречиюв Случае «+» с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 1 (начало) не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах, где - четное натуральное число.

********

Мы рассмотрели случай, когда перед скобками в (12+), …, (15+) стояли «плюсы».

Случай, когда перед теми же скобками стоят «минусы» (Случай «-»), аналогичен вышерассмотренному.Вывод тот же. (СмотриСлучай «-» на стр.8.)

********

Примечание

Осталось рассмотреть еще 14 случаев, когда перед С, В, N, К стоятвсевозможные знаки (плюсы и минусы). Но об этом - во 2-ой части данного Утверждения 2.

********

Т.к. уравнение (11) симметрично для с² и b², (для уравнения (11) они равнозначны), тос² и b²могут меняться своими выражениями (Cи В). Это свойство назовем «новым свойством ». Поэтому аналогичны вышерассмотренному и случаи («Новые» случаи «+» и «-»), когда опять перед теми же В, С, N и К стоят одинаковые знаки.

Условие 2 (начало)

с² = В

b² = С

= N

«Новые» случаи«+» и «-».

(12´±) c²=± В

(13´±) b²=±С

(14±) =±N

(15±) =±К.

И в этом случае сумма пропорциональна 4, откуда следует, (учитывая (13) в «Выводе» (стр.36)), !

Т.е., вопреки «Выводу», и в этих «Новых» случаях«+» и «-» является не нечетным, а четным числом, что возможно(из (14±)) при -четном.

Однако, если - четное, то (в ((12´±) и ((13´±))являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являются попарно взаимно простыми целымичислами.

Мы пришли к противоречию (в «Новых» случаях «+» и «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 2 (начало) не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Примечание

Осталось рассмотреть еще 14 случаев,рассматривающих «новые свойства », когда перед С, В, N, К стоят всевозможные знаки (плюсы и минусы).

Но об этом - во 2-ой части данного Утверждения 2.

********

Уравнение (11)симметрично и для и для (для уравнения (11) они равнозначны), которые тоже могут меняться своими выражениями (Nи К). Это свойство назовем «похожим свойством и ». А это означает, что нам придется рассмотреть еще 16 «похожих» случаев (с 1-го по 14 и случаи «+» и «-», в которых и меняются своими выражениями (Nи К)).

Условие 3.

с² = С

b² = B

= К

« Похожие» случаи «+» и «-».

(12±) c²= ± () = ± С

(13±) b² = ± () = ± В

(14´±) = = ±К

(15´±) = ± N

Согласно одному из Выводов (формула (10)пропорционально 2 (явно), при . Но это возможно, глядя на четное (15´±) = ±N= ±() только при t- четном, при которых в (12±) и (13±) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию (в «Похожих» случаях «+» и «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

В остальных 14 «похожих» случаях, где опять же= ± N= ± () и перед С, В, N, К стоятвсевозможные знаки (плюсы и минусы), рассуждая аналогичным способом (и при этом не затрагивая «новые свойства » (пояснение (стр.10), подобное для при доказательстве Утверждения 1), мы придем к прежнему результату: cиb – четные,чего не должно быть.

Это значит, что мы опять придем к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 3 не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Вывод

1. Таким образом, в вышеприведенных Условиях 1 (начало), 2 (начало) и 3 уравнение (1) (1), где - четное натуральное число, не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

2.1-я часть «Утверждения 2» (для Условий 1(начало), 2 (начало) и 3) доказана.

*********

Часть вторая(Утверждения 2)

Случаи (либо b = ± 1, либо c = ± 1) ОТСУТСТВУЮТ.

Доказательство

Казалось бы, мы должны рассмотреть еще моменты в Условиях 1 и 2, когда перед скобками в (12), …, (15) стоятразные знаки (как при доказательстве «Утверждения 1» в части 2). Интуиция подсказывает, что эта процедура опять нас приведет к известным значениям b и c: либо (из ), либо (из ), либо b и c - четные чего не должно быть, (подобно доказательству части 2 «Утверждения 1»).

Для подтверждения сказанного рассмотрим подробно только часть Условия 1.

Условие 1 (продолжение).

Случай 1.

(12)

(13′)

(14)

(15) ,

которые также являются решениями уравнения (11)

.

Тогда сумма имеет вид:

Учитывая (10) и (15), можно получить разность :

=>.

Выразим из (17) и (16) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми числами, поэтому их общий множитель .

Т.о., имеют вид:

, , а их сумма .

Т.к. из (4) c² + b² = 2 β, то => .

Из (15) с учетом (20) выразим :

, т.е. .

Т.о., , , т.е.

,

выражения которых, с учетом (24), полностью совпадают с (6) и (7), т.е. с уравнениями

Теперь, с учетом (13′) и (14), найдем сумму :

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование «плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (20). В последующих действиях мы это учтем).

Теперь, учитывая (23), получим значение для b²:

, т.к. из (20) получается

(20′).

Итак, (28), что для целых чисел неприемлемо.

Этот случай нас не интересует.

********

Тем не менее продолжим, т.к. результат, который мы получим, в дальнейшем нам пригодится.

Учитывая (26), получим

=> .

Теперь, с учетом (29), можно получить окончательное выражение для с² (из (25)):

, т.е. .

Таким образом, уравнение (11), решениями которого являются (12), (13′) , (14), (15), в конечном счете имеет следующие решения:

, ,

(28), ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Случай 2

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′) , (14), (15), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (30), (28), (29) и (24), т.е.

(30´), => c =(30´),(29´)

(28´), => b = 1 (28´), (24´), где

- взаимно простые нечетные целые числа.

Случай 3

(12)

(13′)

(14)

(15′) ,

которые также являются решениями уравнения

(11).

Тогда суммаимеет вид:

Учитывая (10) и (15), можно получить разность :

-=>.

Выразим из (31) и (16) :

=> (32)

=> (33).

По условию должны быть взаимно простыми целыми нечетными числами, поэтому их общий множитель.

Т.о., имеют вид:

(34), (35), а их сумма .

Т.к. из (4) c² + b² = 2 β, то и .

Из (15´) с учетом (20) выразим :

, т.е. (24´).

Т.о., , ,

где, т.е.

,

,

выражения которых, с учетом (24´), полностью совпадают с (6) и (7), т. е. с уравнениями

Теперь, с учетом (13′) и (14), найдем сумму :

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование«плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (20). В последующих действиях мы это учтем.)

Теперь, учитывая (23), получим значение для b²:

,т.к. из (20) получается

.

Итак, (28), что для целых чисел неприемлемо.

Этот случай нас не интересует.

*******

Тем не менее продолжим, т.к. результат, который мы получим, в дальнейшем нам пригодится.

Учитывая (26´), получим => (29´´).

Теперь, с учетом (29´´), можно получить окончательное выражение для с ² (из (25´)):

, т.е. (30´´).

Таким образом, уравнение (11), решениями которого являются (12), (13′), (14) и (15´), в конечном счете имеет следующие решения:

(30´´),,

(28), (24´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

***********

Случай 4

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′), (14) и (15´), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (30´´), (28), (29´´) и (24´), т.е.

(30´´´), =>(30´´´), (29´´´), (28´), =>b= (28´), (24),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Подведем некоторый итог. Нами рассмотрено 4 случаярешений уравнения (11).

Обозначим снова следующие выражения буквами С, В, N, К:

= С

= В

= N

= К.

Тогда эти первые 4 случая следующие:

1. (12) 2. (12´) (30´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29) (14´) (29´)

(15)(24) (15´) (24´)

3. (12) (30´´) 4. (12´) (30´´´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29´´) (14´) (29´´´)

(15´)(24´) (15) (24).

Рассмотрим еще 4 случая.

5. с² = С 6. с² = - С 7. c² = C8. c² = -C

b² = - Bb² = B b² = - B b² = B

= - N = N = - N = N

*******

Итак, рассмотрим случай 5.

Случай 5.

(12),

(13´),

(14´),

(15) , которые также являются решениями уравнения

(11)

Но данный случай аналогиченслучаю 5 «Части 2» «Утверждения 1», где полученыследующие решения уравнения (15):

(41), , где - взаимно простые нечетные целые (40), (38´), числа.

Следовательно, в данном рассматриваемом Случае 5 у уравнения (11) следующие решения:

(32) => b(32), (24)

(31) => с= (31), (29´) ,

где взаимно простые целые нечетные числа.

*******

Случай 6

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′), (14´) и (15), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (32), (31), (29´) и (24), т.е.

(31´), (29),

(32´), (24´), где - взаимно простые целые нечетные числа.

Но этот случай нас не интересует, т.к. с не является целым числом.

*******

Случай 7

(12),

(13´),

(14´),

(15´), которые также являются решениями уравнения

(11).

Но данный случай аналогиченслучаю 7 «Части 2» «Утверждения 1», где полученыследующие решения уравнения (15):

(40), (38´´´),

(41´´), (33´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Следовательно, в данном рассматриваемом случае 7 у уравнения (11) следующие решения:

(31) => с= (31), (29´´´) ,

(32´) => b(32´´), (24´),

где - взаимно простые целые нечетные числа.

*******

Случай 8

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′), (14´) и (15´), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (32´´), (31), (29´´´) и (24´), т.е.

(31´), (29´´),

, (24), где - взаимно простые целые нечетные числа.

Но этот случай нас не интересует, т.к. с не является целым числом.

********

Вывод

Итак, после анализа полученных решений в Случаях 1, …,8, уравнение (11) , где c и b – взаимно простые целые нечетные числа, имеет решения в следующих целых числах:

а) ; b; ; ;

б) ; ; ; .

********

Таким образом, само исследование решений уравнения (11) в случаях 1, …, 8 при доказательстве Утверждения 2 и его результат, полностью совпадают с исследованием решений уравнения (15) (в аналогичных случаях при доказательстве Утверждения 1) и с его результатом.

Действительно, вот, например, результаты исследований уравнения (15) в первых 4-х случаях Условия 1(Утверждение 1, Часть 2):

1. (16) 2. (16´) (39´)

(17´) (37) (17) (37´)

(18) (18´) (38´)

(19)(33) (19´) (33´)

3. (16) (39´´) 4. (16´) (39´´´)

(17´) (37) (17) (37´)

(18) (38´´) (18´) (38´´´)

(19´) (33´) (19)(33).

А вот результаты исследований уравнения (11) в первых 4-х случаях Условия 1 (Утверждение 2,Часть 2):

1. (12) 2. (12´) (30´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29) (14´) (29´)

(15)(24) (15´) (24´)

3. (12) (30´´) 4. (12´) (30´´´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29´´) (14´) (29´´´)

(15´)(24´) (15) (24).

Наблюдается полное совпадение результатов (здесь подразумевается, что решения уравнения (15) cи bв верхних 4-х случаях соответствуют решениям уравнения (11)

с² и b² в нижних 4-х случаях). То же самое совпадение результатов наблюдается и в следующих за ними 4-х случаях.

********

Поэтому нетрудно понять, что остальные результаты исследований случаев с 9-го по 28-й в данном доказательстве Утверждения 2 (подобные вышерассмотренным случаям 9, …, 28 при доказательстве Утверждения 1) тоже совпадут и никаких новых решений нам не дадут, кроме как:

либо , либо , либо c и bне являются целыми числами, либо c и b – четные числа, чего не должно быть.

********

Из этого набора решений уравнения (11) нас, естественно, интересуют только те, которые могут являться решениями уравнения (1)(1), где - четное натуральное число, т.е. либо , либо .

*******

Но в теории чисел хорошо известно (Постников М.М. Введение в теорию алгебраических чисел. – М .- Наука. – 1982. - С. 13), что для четных степеней уравнения (где, q=2 q) - показатели четные при ≠ 0 и q ≠ 0 - натуральных, в уравнениицелочисленные его решения (если они существуют) должны удовлетворять неравенствам:

|| > 2, | | > 2, | c| > 2 => |a| > 1, | b | > 1, |c| > 1,

т.е. в уравнении a²+ b⁴ = c⁴b и c => в уравнении(1) при - четном числе b и c,

т.е. случаи (либо b = ± 1, либо c = ± 1) ОТСУТСТВУЮТ.

********

Вывод: 2-я часть «Утверждения 2» доказана.

*******

В результате исследования уравнения (1) мы имеем:

Вывод:

1. Уравнение (1) , где ≥2 - четноене имеет решений в попарно простых целых числах a, b, иcтаких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

2. «Утверждение 2»нами полностью доказано.

*******

Примечание

1. Понятно, что приведенное доказательство «Утверждения 2» для q = 4 = 2^m, гдеm= 2, распространяется и на показатель степениq=2^mприm>2 – натуральном.

2. Если уравнение a^l+ b⁴ = c⁴, где≥2 - четное, неразрешимо в попарно простыхцелых числахa, b, иc, то и уравнениеa⁴+ b⁴ = c⁴не только неразрешимо в этих же числах, но и вообще неразрешимо ни в каких других целых числах (не являющихся попарно взаимно простыми целыми числами).

Вывод :Великая теорема Ферма для показателя l= q= 4доказана.

3. Результат доказательства, а именно четность чисел a, b, cв уравнении a^l+ b⁴ = c⁴(≥2 - четное), а, следовательно, в уравненииa⁴+ b⁴ = c⁴ дает возможность в этом уравнении применить метод бесконечного спуска, о чем в свое время не толькоупоминалось самим Ферма, но и им использовалось.

На основанииВыводов о Великой теореме Ферма (стр.34, стр.49) получаем окончательный вывод.

Окончательный «Вывод»: Великая теорема Ферма доказана.

********

Утверждение 3

Часть 1

Уравнение ( ≥ 3 – нечетное натуральное, q = 4 = 2^m, гдеm = 2) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Часть 2

Возможны случаи: либо b= ± 1, либо c= ± 1.

*********

Часть первая(Утверждения 3)

Уравнение ( ≥ 3 – нечетное натуральное, q = 4 = 2^m, гдеm = 2) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Доказательство

Первая часть доказательства «Утверждения 3» аналогична «Части первой» доказательства «Утверждения 2».

Итак, имеем уравнение (1), где ≥ 3 – нечетное натуральное, числаa, b, c (если, конечно, онисуществуют) – попарно взаимно простые целые числа (это наше допущение – вопреки «Утверждению 3»), среди которых только одно четное число a.

Из уравнения (1) следует:

=> (2).

Пусть (3), где и β- целые числа, отличные от нуля и c² + b² = 2 β(4), где β –нечетноечисло при с и b– нечетных.

******

Примечание

То, что βв уравнении (4) нечетное число, хорошо известный факт в теории чисел, который мы ранее уже учитывали («Примечание», стр. 35).

Представим нечетные числа b и c в виде:

b = 2n₁ + 1; c = 2n₂ + 1, где n₁ и n₂- произвольные целые числа. Тогда

b² + c² = (2n₁ + 1)² + (2n₂ + 1)² = 2 [2 (n₁²+n₂²+n₁+n₂) + 1],

где в квадратных скобкахнечетное число, что и требовалось доказать

*******

Тогда из уравнения (2) следует (с учетом (3) и (4)):

= , где c² + b² ≠ 0, т.к. c≠ 0, b≠ 0, т.е.

(5),

где k – целое число, отличное от нуля, т.к. cи b взаимно простыецелые числа.

Из соотношений (4) и (5) определяем b² и c²:

=> =>

Откуда β = b² + 2^l-2k(8) - нечетное число(из (4)) при b– нечетном и 2^l-2k- четном, т.к. ≥ 3 – нечетное натуральное число.

Вывод:

1. Из соотношения (4) имеем:

(9)- нечетное число.

2. Из соотношения (5) имеем:

(10)пропорционально 2 (явно), т.е. - четное число.

Это дополнительная информация о свойствах предполагаемых взаимно простых числах, которая в дальнейшем нам очень пригодится.

*******

Теперь попробуем выразить сумму четвертых степеней чисел c и . Учитывая соотношения (6) и (7), получим:

,

т.е. (11),

где - целые числа, которые, в свою очередь, как мы знаем из предыдущего доказательства «Утверждения 1» (для ), могут быть выражены через другие целыечисла следующим образом:

(12) - нечетное число при - нечетном;

(13) - нечетное число при - нечетном;

(14) - нечетное число при - нечетном;

(15) - четное число.

Примечание: во всех последующих исследованиях (Случаях) нас не будут интересовать t =0 иr=0 (при t =0 и - четные из (12) и (13), при r=0 = 0 (из (15)) => а = 0 (из (3)), что противоречит нашему допущению).

Для простоты опять (как в утверждениях 1 и 2) обозначим правые части уравнений (12), …, (15) буквами С, В, N, К, т.е.

= С

= В

= N

= К ,

и рассмотрим случай, когда в правых частях уравнений (12), …, (15) перед С, В, N, К, стоят «плюсы» и выполняется Условие1.

Условие1 (начало).

с² = С

b² = B

= N

Случай «+».

(12+) - нечетное число при - нечетном;

(13+) - нечетное число при - нечетном;

(14+) - нечетное число при - нечетном;

(15+) - четное число.

Казалось бы, все нормально: четность чисел в (12+), …, (15+) совпадают при-нечетном с нашими предыдущими рассуждениями.

Однако не все так просто.

Помимо всего прочего, у нас есть еще две дополнительные информации (9) и (10) (о четности, заключенной в «Выводе» (стр.36)), вытекающие из предположения о том, что, вопреки условию «Утверждения 2», допустим, существуют попарно взаимно простые целые числа .

Попробуем найти сумму , воспользовавшись их выражениями (12+) и (13+):

,

т.е. => () пропорционально 4, откуда следует, учитывая (9) в «Выводе» (стр.36),

!

Т.е., вопреки «Выводу»,является не нечетным, а четным числом, что возможно (из (14)) при -четном.

Однако, если - четное, то (в (12+) и (13+)) являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являютсяпопарно взаимно простыми целыми числами.

Мы пришли к противоречию в Случае «+» с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 1(начало) не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах, где - нечетное натуральное число.

********

Мы рассмотрели случай, когда перед скобками в (12+), …, (15+) стояли «плюсы».

Случай, когда перед теми же скобками стоят «минусы» (Случай «-»), аналогичен вышерассмотренному.Вывод тот же. (Смотри Случай «-» на стр.8.)

*********

Примечание

Осталось рассмотреть еще 14 случаев, когда перед С, В, N, К стоятвсевозможные знаки (плюсы и минусы). Но об этом - во 2-ой части данного Утверждения 3.

********

Т.к. уравнение (11) симметрично для с² и b², (для уравнения 11 они равнозначны), тос² и b²могут меняться своими выражениями (Cи В). Это свойство назовем «новым свойством ». Поэтому аналогичны вышерассмотренному и случаи («Новые» случаи «+» и «-»), когда опять же перед теми же скобками стоят одинаковые знаки.

Условие 2 (начало).

с² = В

b² = С

= N

«Новые» случаи«+» и «-».

(12´±) c²=± В

(13´±) b²=±С

(14±) =± N

(15±) =±К.

И в этом случае сумма пропорциональна 4, откуда следует, (учитывая (13) в «Выводе» (стр.36)), !

Т.е., вопреки «Выводу», и в этих «Новых» случаях«+» и «-» является не нечетным, а четным числом, что возможно(из (14±)) при -четном.

Однако, если - четное, то (в ((12´±) и ((13´±))являются четными, т.е. в уравнениях (2) и (1) числа - четные, а потому не являются попарно взаимно простыми целымичислами.

Мы пришли к противоречию (в «Новых» случаях «+» и «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 2 (начало) не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Примечание

Осталось исследовать еще 14 случаев,рассматривающих «новые свойства », когда перед С, В, N, К стоят всевозможные знаки (плюсы и минусы).

Но об этом во 2-ой части данного Утверждения 3.

********

Уравнение (11)симметрично и для и для (для уравнения (11) они равнозначны), которые тоже могут меняться своими выражениями (Nи К). Это свойство назовем «похожим свойством и ». А это означает, что нам придется рассмотреть еще 16 «похожих» случаев (с 1-го по 14 и случаи «+» и «-», в которых и меняются своими выражениями (Nи К)).

Условие 3.

с² = С

b² = B

= К

«Похожие» случаи «+» и «-».

(12±) c²= ± () = ± С

(13±) b² = ± () = ± В

(14´±) = = ±К

(15´±) = ± N.

Согласно одному из Выводов (формула (10)пропорционально 2 (явно), при . Но это возможно, глядя на четное (15´±) = ±N= ±() только при t-четном, при которых в (12±) и (13±) cиb – четные, чего не должно быть.

Мы пришли к противоречию (в «Похожих» случаях «+» и «-») с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

*******

В остальных 14 «похожих» случаях, где опять же= ± N= ± () и перед С, В, N, К стоятвсевозможные знаки (плюсы и минусы), рассуждая аналогичным способом (и при этом не затрагивая «новые свойства » (пояснение (стр.10), подобное для проведено при доказательстве Утверждения 1), мы придем к прежнему результату: cиb – четные,чего не должно быть.

Это значит, что мы опять придем к противоречию с нашим предположением о существовании у уравнения (1) попарно взаимно простых целых решений.

********

Вывод. Следовательно, это уравнение (1) в данном Условии 3 не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

*******

Вывод

1. Таким образом, в вышерассмотренных Условиях 1 (начало), 2 (начало) и 3 уравнение (1) (1), где ≥ 3 – нечетное натуральное число, не имеет решений в целых попарно взаимно простых отличных от нуля числах.

2. 1-я часть «Утверждения3» (для Условий 1 (начало), 2 (начало) и 3) доказана.

*********

Часть вторая(Утверждения3)

Возможны случаи: либо , либо .

(Об «Исключении» из общего правила)

Доказательство

Казалось бы, мы должны рассмотреть еще моменты в Условиях 1 и 2, когда перед скобками в (12), …, (15) стоятразные знаки (как при доказательстве «Утверждения 2» в части 2). Интуиция подсказывает, что эта процедура опять нас приведет к известным значениям b и c: либо (из ), либо (из ), либо b и c– четные, чего не должно быть, либоb и cне являются целыми числами (подобно доказательству части 2 «Утверждения 2»).

Для подтверждения сказанного рассмотрим подробно только часть Условия 1.

Итак, осталось рассмотреть случаи, когда перед скобками стоят разные знаки.

Случай 1.

(12)

(13′)

(14)

(15) , которые также являются решениями уравнения

(11).

Тогда сумма имеет вид:

Учитывая (10) и (15), можно получить разность :

=>.

Выразим из (17) и (16) :

=>

=> .

По условию должны быть взаимно простыми целыми числами, поэтому их общий множитель .

Т.о., имеют вид:

, , а их сумма .

Т.к. из (4) c² + b² = 2 β, то => .

Из (15) с учетом (20) выразим :

, т.е. .

Т.о., , , т.е.

,

выражения которых, с учетом (24), полностью совпадают с (6) и (7), т.е. с уравнениями

Теперь, с учетом (13′) и (14), найдем сумму :

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование «плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (20). В последующих действиях мы это учтем.)

Теперь, учитывая (23), получим значение для b²:

, т.к. из (20) получается

(20′).

Итак, (28), что для целых чисел неприемлемо.

Этот случай нас не интересует.

********

Тем не менее продолжим, т.к. результат, который мы получим, в дальнейшем нам пригодится.

Учитывая (26), получим => .

Теперь, с учетом (29), можно получить окончательное выражение для с² (из (25)):

, т.е. .

Таким образом, уравнение (11), решениями которого являются (12), (13′) , (14), (15), в конечном счете имеет следующие решения:

, ,

(28), ,

где - взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Случай 2

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′) , (14), (15), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (30), (28), (29) и (24), т.е.

(30´), => c =(30´),(29´)

(28´), => b = 1 (28´), (24´), где

- взаимно простые нечетные целые числа.

**********

Случай 3.

(12)

(13′)

(14)

(15′) , которые также являются решениями уравнения

(11).

Тогда суммаимеет вид:

Учитывая (10) и (15), можно получить разность :

-=>.

Выразим из (31) и (16) :

=> (32)

=> (33)

По условию должны быть взаимно простыми целыми нечетными числами, поэтому их общий множитель.

Т.о., имеют вид:

(34), (35), а их сумма .

Т.к. из (4) c² + b² = 2 β, то и .

Из (15´) с учетом (20) выразим :

, т.е. (24´).

Т.о. , , где, т.е.

,

,

выражения которых, с учетом (24´), полностью совпадают с (6) и (7), т. е. с уравнениями

Теперь, с учетом (13′) и (14), найдем сумму :

т.к. , т.е. .

(Здесь чередование«плюса» и «минуса» такое же, как и у единицы в (20). В последующих действиях мы это учтем.)

Теперь, учитывая (23), получим значение для b²:

,т.к. из (20) получается

.

Итак, (28), что для целых чисел неприемлемо. Этот случай нас не интересует.

*******

Тем не менее продолжим, т.к. результат, который мы получим, в дальнейшем нам пригодится.

Учитывая (26´), получим => (29´´).

Теперь, с учетом (29´´), можно получить окончательное выражение для с ² (из (25´)):

, т.е. (30´´).

Таким образом, уравнение (11), решениями которого являются (12), (13′), (14) и (15´), в конечном счете имеет следующие решения:

(30´´),,

(28), (24´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

***********

Случай 4

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были бы решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′), (14) и (15´), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (30´´), (28), (29´´) и (24´), т.е.

(30´´´), =>(30´´´), (29´´´), (28´), =>b= (28´), (24), где

- взаимно простые нечетные целые числа.

*******

Подведем некоторый итог. Нами рассмотрено 4 случаярешений уравнения (11).

Обозначим снова следующие выражения буквами С, В, N, К:

= С

= В

= N

= К

Тогда эти первые 4 случая следующие:

1. (12) 2. (12´) (30´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29) (14´) (29´)

(15)(24) (15´) (24´)

3. (12) (30´´) 4. (12´) (30´´´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29´´) (14´) (29´´´)

(15´)(24´) (15) (24).

Рассмотрим еще 4 случая.

5. с² = С 6. с² = - С 7. c² = C8. c² = -C

b² = - Bb² = B b² = - B b² = B

= - N = N = - N = N

*******

Итак, рассмотрим случай 5.

Случай 5.

(12),

(13´),

(14´),

(15) , которые также являются решениями уравнения

(11).

Но данный случай аналогиченслучаю 5 «Части 2» «Утверждения 1», где полученыследующие решения уравнения (15):

(41), , где - взаимно простые нечетные целые (40), (38´), числа.

Следовательно, в данном рассматриваемом случае 5 у уравнения (11) следующие решения:

(32) => b(32), (24)

(31) => с= (31), (29´) ,

где - взаимно простые целые нечетные числа.

*******

Случай 6

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′), (14´) и (15), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (32), (31), (29´) и (24), т.е.

(31´), (29),

(32´), (24´),

где - взаимно простые целые нечетные числа.

Но этот случай нас не интересует, т.к. с не является целым числом.

*******

Случай 7.

(12),

(13´),

(14´),

(15´), которые также являются решениями уравнения

(11).

Но данный случай аналогиченслучаю 7 «Части 2» «Утверждения 1», где полученыследующие решения уравнения (15):

(40), (38´´´),

(41´´), (33´),

где - взаимно простые нечетные целые числа.

Следовательно, в данном рассматриваемом случае 7 у уравнения (11) следующие решения:

(31) => с= (31), (29´´´) ,

(32´´) => b(32´´), (24´), где -

взаимно простые целые нечетные числа.

*********

Случай 8

Нетрудно догадаться, что если бы у уравнения (11) были решения, противоположныепо знаку с решениями (12), (13′), (14´) и (15´), мы бы получили, в конечном итоге, решения, противоположные по знаку решениям (32´´), (31), (29´´´) и (24´), т.е.

(31´), (29´´),

, (24),

где - взаимно простые целые нечетные числа.

Но этот случай нас не интересует, т.к. с не является целым числом.

Таким образом, уравнение (11) , где c и b – взаимно простые целые нечетные числа, имеет решение (после анализа всех полученных решений) в следующих целых числах:

а) ; b; ; ;

б) ; ; ; .

**********

Вывод

Итак, после анализа полученных решений в Случаях 1,…, 8, уравнение (11) , где c и b – взаимно простые целые нечетные числа, имеет решения в следующих целых числах:

а) ; b; ; ;

б) ; ; ; .

********

Таким образом, само исследование решений уравнения (11) в случаях 1, …, 8 при доказательстве Утверждения 3 и его результатполностью совпадают с исследованием решений уравнения (11) (в аналогичных случаях при доказательстве Утверждения 2) и с его результатом.

Действительно, вот, например, результаты исследований уравнения (11) в первых 4-х случаях Условия 1 (Утверждение 2, Часть 2):

1. (12) 2. (12´) (30´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29) (14´) (29´)

(15)(24) (15´) (24´)

3. (12) (30´´) 4. (12´) (30´´´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29´´) (14´) (29´´´)

(15´)(24´) (15) (24).

А вот результаты исследований уравнения (11) в первых 4-х случаях Условия 1 (Утверждение 3, Часть 2):

1. (12) 2. (12´) (30´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29) (14´) (29´)

(15)(24) (15´) (24´)

3. (12) (30´´) 4. (12´) (30´´´)

(13´) (28) (13) (28´)

(14) (29´´) (14´) (29´´´)

(15´)(24´) (15) (24).

Наблюдается полное совпадение результатов. То же самое совпадение результатов наблюдается и в следующих за ними 4-х случаях.

*********

Нетрудно понять, что остальные случаи с 9-го по 28-й в данном доказательстве Утверждения 3 (подобные вышерассмотренным случаям 9, …, 28 при доказательстве Утверждений 1 и 2) никаких новых решений нам не дадут, кроме как:

либо , либо , либо c и bне являются целыми числами, либо c и b – четные числа, чего не должно быть.

********

Из этого набора решений уравнения (11), нас, естественно, интересуют только те, которые могут являться решениями уравнения (1)(1), где - нечетное натуральное число, т.е. либо , либо , которые таковыми и являются.

*******

Вывод: 2-я часть «Утверждения 3» доказана.

В результате исследования уравнения (1), мы имеем:

Вывод:

1. Уравнение (1) ( ≥ 3 – нечетное натуральное, q = 4 = 2^m, гдеm = 2) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

Возможны случаи: либо , либо .

2. «Утверждение 3»нами полностью доказано.

*******

Примечание

Понятно, что приведенное сокращенное доказательство «Утверждения 3» (со ссылкой на предыдущее доказательство Утверждения 2), где рассматривается уравнение a^l+ b⁴ = c⁴при ≥ 3 – нечетном натуральном и q = 4 = 2 ^m, где m = 2, распространяется и на показатель степени q = 2 ^m, где m > 2 – натуральном.

**********

На основании доказательства справедливости «Утверждения 1», «Утверждения 2» и «Утверждения 3» вытекает и справедливость«Общего утверждения».

ОБЩИЙ ВЫВОД

1. Уравнение (, - натуральные числа) не имеет решений в отличных от нуля попарно взаимно простых целых числах , и таких, чтобы - было четным, и - нечетными целыми числами.

2. Но есть и «исключение» из данного утверждения: среди этих чисел , и может быть либо , либо .

Таким образом, «Общее утверждение»доказано.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Алексеев С.Ф. Два обобщения классических формул // Квант. – 1988. - №10. – С. 23.

2.Постников М.М. Введение в теорию алгебраических чисел. – М., Наука. – 1982 - С. 13.

Май 2009 г., Скворцов А.П.

Уважаемые любители математики и специалисты!

Если не трудно, попробуйте разобраться с данной работой и по возможности ее оценить.

Если в ней есть что-то стоящее, интересное, то очень хотелось бы получить отзыв о данной работе.

Я убежден, что примененный мною метод в данной работе позволит провести анализ и некоторых других уравнений на их разрешимость в целых числах.

Предлагаю вашему вниманию перечень некоторых моих работ по физике и математике, с некоторыми из них ознакомлены специалисты некоторых ВУЗов г. Томска, с другими – учителя и учащиеся г. Колпашева. А работа по физике (я сам учитель физики) о существовании гипотетических гравитационно-временных волн («Гравитация и время») в популярном изложении опубликована на страницах журнала «Знак вопроса» №4-2004 г.

Работы по математике:

1. Построение с помощью циркуля и линейки отрезка, равного произведению двухдругих отрезков.

2. Построение с помощью циркуля и линейки отрезка, равного отношению двухдругих отрезков.

3. Нахождение действительных корней приведенного квадратного уравнения с помощью циркуля и линейки.

4. Решение уравнения в целых числах при - натуральном.

5. Доказательство неразрешимости в рациональных ненулевых числахуравненияр₁+ р₂ = р₃, где произведениер₁ р₂ р₃ = R³,R – рациональное число (или рациональная функция), р₁, р₂ и р₃могут быть не только рациональными числами, но и рациональными функциями.

6. Доказательство неразрешимости в рациональных ненулевых числах системы

р₁+р₂+р₃ =р₄

р₁ р₂ р₃ р₄ = ,

где kможет принимать значения k = 1; 2; 3; 4, и р₁, р₂ , р₃и р₄могут быть не только рациональными числами, но и рациональными функциями.

Мне можно писать по электронному адресу: skvorsan@mail.ru

Мой почтовый адрес: 636460 г. Колпашево Томской обл.,

м/р-н Геолог, д.18, кв.11

тел.: 8 (38 254) 5 79 59.

С уважением, А.П. Скворцов.