令人惊叹的费马大定理证明历程 怎么证明费马大定理
1.大约1637年左右,法国学者费马在研究丢番图《算术》时,在该书的第二卷页边写下了传世358年才解决的费马猜想:xn次方+yn次方=zn次方,当n是大于2的整数时,没有正整数解。并用“无穷递降法”证明n=4时结论成立。
2.1753年瑞士著名数学家欧拉,在给哥德巴赫的信中说,他证明了n=3时的费马猜想,1770年其证明发表在《代数指南》一书中,方法是“无限下降法”和形如a+根号(-3)数系的唯一因子分解定理,这一方法也被后人多次引用。
3.1816年巴黎科学院把费马猜想转化简化归结为n是奇素数的情况,认为费马猜想应该成立,并称为为费马大定理(以区别费马关于同余的小定理),并为证明者设立大奖和奖章,费马大定理之谜从此进一步风靡全球。
4.十九世纪初法国自学成才的女数学家热尔曼证明了当n和2n+1都是素数时费马大定理的反例x,y,z至少有一个是n整倍数。在此基础上,1825年德国数学家狄里克雷和法国数学家勒让德分别独立证明费马大定理在n=5时成立。1839年法国数学家拉梅对热尔曼方法作了进一步改进,并证明了n=7的情形。
5.1847年巴黎科学院上演戏剧性一幕,当时著名数学家拉梅和柯西先后宣布自己基本证明费马大定理,拉梅还声称证明引用了刘维尔复数系中的唯一因子分解定理,刘维尔则说这一定理源自欧拉和高斯的思想。大数学家都被扯入其中,似乎结论十分可靠。就在此时刘维尔宣读了德国数学家库默尔的来信,明确指出证明中的复数系的唯一因子分解定理并不普遍成立,于是拉梅和柯西的证明都是错的。
6.大约在1850年前后,高斯的学生、德国数学家库默尔看到唯一因子分解是否成立是欧拉、热尔曼创立的企图证明费马大定理的方法关键,于是他创立了一种“理想数环”理论,居说这一思想也受其老师高斯启发,高斯表面上声称对费马大定理不感兴趣,实际上对n=7久思不解。学生库默尔运用独创的“理想素数”理论,一下子证明了100以内除37、59、67以外的所有奇数费马大定理都成立,使证明问题取得了第一次重大突破。
7.库默尔之后近半个世纪,费马大定理证明都停滞不前,直到二十世纪前期大数学家勒贝格向巴黎科学院提交了一个费马大定理的证明论稿,由于勒贝格当时的权威声 望,大家都以为这下问题解决了,但经过广泛传阅其证明稿件,人们遗憾地发现大数学家的分析证明还是错的。
8.1908年格丁根皇家科学协会公布沃尔夫斯凯尔奖:凡在2007年9月13日前解决费马大定理者将获得100000马克奖励。提供该奖者沃尔夫斯凯尔是德国实业家,年轻时曾为情所困决意在午夜自杀,但在临自杀前读到库默尔论述柯西和拉梅证明费马定理的错误让他情不自禁地计算到天明,设定自杀时间过了,他也放不下问题的证明,数学让他重生并后来成为大富豪,1908年这位富豪死时,遗嘱将其一半遗产捐赠设奖,以谢其救命之恩。从此世界毎年都会有成千上万人宣称证明了费马大定理,但全部都是错的,一些数学权威机构,不得不预写证明否定书。
9.随着电子计算机的出现,加上巨额奖金的激励。对费马大定理的研究成果不断刷新,1926年美国数学家范狄维尔纠正了库默尔证明中的误点,证明了对n〈211时费马大定理成立,此后1954年得到n〈2521,1955年得到n〈4001,1967年为n〈25000,1977年为n〈125000,1987年为n〈150000,1993年推证出n〈400万时费马大定理都成立。但纯粹数值验证何时才是头啊......
10.从1983年起费马大定理证明进入新突破阶段。早在1922年英国数学家莫德尔在代数几何领域提出一个大胆而重要的莫德尔猜想:亏格g大于2的不可约代数曲线上只有有限个有理点,若该猜想成立,则费马方程只多有有限个解。1983年29岁德国学者法尔廷斯证明了莫德尔猜想,他因此荣获1986年的菲尔兹数学大奖。
11.1958年英国数学家Birch和Swinnerton--Dyer构造了椭圆曲线E的L(E,s)函数,他们对该函数在s=1处的零点与椭圆曲线E上的有理点关系给出了一个简称BSD猜想。
20世纪中期出现了一种所谓赫克模形式,在模形式领域,赫克证得一类模形式总能赫克化的漂亮结果。在此基础上1955年日本青年谷山丰在计算了几个模形式的L函数后发现与某些椭圆曲线一致,他认为这不是偶然的,他的工作只有志村五五郎一人支持,1958年谷山丰自杀身亡,此时志村正在美国普林斯顿高数所,经过大量数据验证后,提出:有理数域上的椭圆曲线都可以模形式化,世称谷山---志村猜想。
12.当谷山---志村猜想提出时,谁也没想到它与费马大定理有关,但1984年德国数学家弗雷在德国小城奥伯沃尔法赫的一次数论研讨会上宣称:假如费马大定理不成立,则由费马方程可构造一个椭圆曲线,它不可被模形式化,也就是说谷山---志村猜想将不成立。但弗雷构造的所谓“弗雷曲线”不可模形式化也说不清具体证明细节,因此也只是猜想,被称为“弗雷命题”,弗雷命题如得证,费马大定理就与谷山---志村猜想等价。
13.1986年美国加州大学伯克利分的肯.里贝特教授,为证明弗雷命题己奋斗了十八个月,曾亲耳听到弗雷当年演讲的里贝特深信自己能证明弗雷命题,但久攻未克,这年夏天哈佛大学教授巴里.梅袓尔来伯克利访问并参加国际数学家大会,有一次里贝特与他起喝咖啡,便研讨起弗雷命题,梅袓尔的一个提醒让里贝特恍然大悟,里贝特随即完成了弗雷命题的证明,并当即在这届国际数学家大会内外传开。世界数学界为之兴奋。
14.里贝特证明了弗雷命题,意味着只要证明谷山---志村猜想,费马大定理就得证。此时离格丁根皇家科学协会的沃尔夫斯凯尔十万马克大奖期限大约还有21年。此前世界数学权威都认为没有人会取得十万马克大奖,象希尔伯特等人甚至认为费马大定理是会生金蛋的母鸡,问题不解决更好!但弗雷命题的得证使问题解决走向最后冲刺,当时我己大学毕业,但我在专业刋物上不至一次读到有许多人立志攻克谷山---志村猜想。这里面也包括英国数学家怀尔斯。
15.安德鲁.怀尔斯1953年生于英国剑桥,10岁时在课外读物中读到费马大定理的介绍时就有意解决它,1974年从剑桥大学莫尔顿学院毕业后,又考入剑桥大学克莱尔学院攻读博士,导师是椭圆曲线(这不是中学学的圆锥曲线椭圆曲线)领域的专家约翰.科茨,1977---1980在哈佛做助教,1981年在普林斯顿高等研究院仼研究员,期间与哈佛梅祖尔教授合作证明了有理数域上的岩泽健吉主猜想,1982年仼美国普林斯顿大学教授,1988年兼仼牛津大学皇家协会研究教授,24岁起被公认为在模形式、分圆域、椭圆曲线方面专家。
16.1986年怀尔斯听到里贝特证明弗雷命题后,感到攻克费马大定理到了最后攻关阶段,并且这刚好是他的研究领域,他开始放弃所有其它活动,精心疏理有关领域的基本理论,为此准备了一年半时间把椭圆曲线与模形式通过伽罗瓦表示方法“排队”。接下来的要将二种“排队”序列对应配对,这一步他二年无进展。此时他读博时学的岩泽理论一度取得实效,到1991年他之前的导师科茨告诉他有位叫弗莱切的学生用苏联数学家科利瓦金的方法研究椭圆曲线,这一方法使其工作有重大进展。6年后,怀尔斯开始将其研究结果向他在普林斯顿同事凯兹教授的研究生作讲座的方式核实验证,但研究生们对其毫无兴趣,听课学生越来越少,最后只剰他的同事凯兹,怀尔斯成功地将科利瓦金---弗莱切方法用于一族又一族椭圆曲线,但有一族椭圆曲线他无法解决。1993年5月他读到哈佛巴里.梅祖尔一篇论文受到启发终于完成全部证明。怀尔斯兴奋不已
17.怀尔斯完成证明后,本来想再全面核对一下,但1993年6月在剑桥牛顿学院要举行一个名为“L函数和算朮”的学术会议,组织者之一正是怀尔斯的博士导师科茨,于是在1993年6月21日到23日怀尔斯被特许在该学术会上以“模形式、椭圆曲线与伽罗瓦表示”为题,分三次作了演讲。听完演讲人们意识到谷山---志村猜想巳经证明。由此把法尔廷斯证明的莫德尔猜想、肯.里贝特证明的弗雷命题和怀尔斯证明的谷山---志村猜想联合起来就可说明费马大定理成立。其实这三个猜想每一个都非常困难,问题是怀尔斯最后证明,他变为完成费马大定理证明的最后一棒。
18.1993年6月23日从剑桥牛顿学院传出费马大定理被证明之后,世界媒体普天盖地般报道了该喜讯,毕竟三百多年下金蛋的名题啊!但此刻数学界反倒十分冷静,明确指论证还需仔细审核,因为历史上曾多少次宣布证明但后来被查证错误。怀尔斯的证明被分为6个部分分别由6人审查,其中第三部分由凯兹负责的查出关于欧拉系的构造有严重缺陷,使科利瓦金---弗莱切方法不能对它适用,怀尔斯对无能为力,1993年12月怀尔斯公开承认证明有问题,但表示很快会补正。一时间怀尔斯的证明被认为认为是历史上拉梅、柯西、勒贝格、里贝特(里贝特也曾称证明了谷山--志村猜想)错误证明的又一例子。1994年1月怀尔斯邀请剑桥大学讲师理查德.泰勒到普林斯顿帮他完善科利瓦金--弗莱切方法解决问题,但整整8个月过去,问题没有解决。泰勒准备再一个月回剑桥,然后怀尔斯正式公布手稿,承认证明失败,1994年9月19日怀尔斯想自己证明失败原因该怎么写,回顾自己是先用岩泽理论未能突破而后用科利瓦金---弗莱切方法,又该法对一类特殊欧拉系出了问题,这样一想,突然又想到何不再用岩泽理论结合科利瓦金---弗莱切方法试试?问题解法就是这样,怀尔斯绝地缝生,修补了漏洞。1994年10月25日11点4分11秒,怀尔斯通过他以前的学生、美国俄亥俄州立大学教授卡尔.鲁宾向世界数学界发了费马大定理的完整证明邮件,包括一篇长文“模椭圆曲线和费马大定理”,作者安德鲁.怀尔斯。另一篇短文“某些赫克代数的环论性质”作者理查德.泰勒和安德鲁.怀尔斯。至此费马大定理得证。
19.1996年3月怀尔斯获得沃尔夫奖和5万美金。1997年6月27日怀尔斯获得沃尔夫斯凯尔奖,历史竟如微妙,就在格丁根皇家科学协会规定期只剩下10年的时候沃尔夫斯凯尔当年遗愿终于实现。1998年第23届国际数学家大会在柏林举行,会议颁给怀尔斯菲尔兹特别奖。2005年怀尔斯又荣获有“东方诺贝尔奖”之称的邵逸夫数学科学奖,奖金100万美金。
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