19 Aug

从费马大定理谈起(六):n=4(2)

上一篇文章中,笔者提到似乎证明n=4时必须要证明$x^4+y^4=z^2$无解而不能只证明$x^4+y^4=z^4$无解。不过,在今天中午研究的时候,笔者发现了另外一个n=4的证明,它同样是在$\mathbb{Z}[i]$中,但是,证明的则是指数全是4的形式,但是,又不单单是$x^4+y^4=z^4$的形式,而是$\varepsilon x^4+y^4=z^4$,$\varepsilon$是单位数。这个证明过程,我觉得应该更接近n等于其他奇素数时的证明,遂补充了这篇文章,供大家参考。读者可以对比着上一篇文章进行比较阅读。

引理

用$\varepsilon_1,\varepsilon_2,\varepsilon_3,\varepsilon$表示$\mathbb{Z}[i]$中的单位数,下面先证明

如果方程$\varepsilon_1 x'^4 +\varepsilon_2 y'^4+\varepsilon_3 z'^4=0$在$\mathbb{Z}[i]$中有全不为0的解,那么在经过适当的化简和整理之后,方程必有形式$\varepsilon x^4+y^4=z^4$,其中$(x,y,z)$是$(x',y',z')$的某个置换,$\xi^2|x$。

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23 Aug

从费马大定理谈起(七):费马平方和定理

本想着开始准备n=3的证明,但这需要引入Eisenstein整数的概念,而我们已经引入了高斯整数,高斯整数的美妙还没有很好地展示给读者。从n=4的两个证明可以知道,引入高斯整数的作用,是把诸如$z^n-y^n$的式子进行完全分解。然而,这一点并没有给我们展示多少高斯整数的神奇。读者或许已经知道,复分析中很多简单的结果,如果单纯用实数描述出来,便会给人巧夺天工的感觉,在涉及到高斯整数的数论中也是一样。本文就让我们来思考费马平方和定理,以此再领会在高斯整数中处理某些数论问题时的便捷。——我们从费马大定理谈起,但又并不仅仅只谈费马大定理。

费马平方和定理:奇素数$p$可以表示为两个整数的平方和,当且仅当该素数具有$4k+1$的形式,而且不考虑相加顺序的情况下,表示法是唯一的。

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28 Aug

让风筝飞

最近的很多篇文章都是数论内容,属于纯数学的范畴了,对于很多只爱好物理或应用数学的读者可能会看得头晕了。今天我们来谈些不那么抽象的东西,我们来谈谈风筝,并来分析一下风筝的飞行力学

爱情就像放风筝,线不能来得太紧,也不能拉得太松,你只会给对方飞翔的空间,他/她始终会回到你身边,因为有一条线系着双方。

放风筝(来自互联网)

放风筝(来自互联网)

风筝,在我们这个地方叫做纸鸢,相信大家童年时一定会放过。笔者小时候放风筝时,已经是小学五年级之前的事了。这个暑假突然童心一起,凭着小时候的回忆,简单做了个风筝来玩,居然真的飞起来了!兴奋之余,与大家分享一下。如今再来放风筝,真心感觉到放风筝也有很多技巧,让风筝飞,还不是件容易的事情呢,真可谓人生处处皆学问呀。上面关于风筝的比喻,正是放风筝的真实写照吧。

风筝可以说是人类摆脱地球重力的最原始尝试吧,跟发射宇宙飞船的火箭不同,风筝是借助风力来抵抗重力,严格来讲,即便是现在的飞机,也离不开这个原理(我们最后会谈到)。简单来讲,风筝就是用轻的支架撑开一个轻盈的平面,然后系上一个线圈。我们简单做一个风筝,只需要一张报纸,两条竹篾和一点透明胶,十分钟内就可以完成一个。当然,现在已经有各种各样的好看的风筝,甚至还有龙形的风筝,但是,自己动手简单做一个风筝,还是相当好玩的。

风筝自然是借助风力飞起来的,可是为什么风筝得用绳子牵着才能飞得更高、绳断了反而掉下来?风大多时,才适合放风筝?飞机又是怎么飞起来的?下面我们试着分析这些问题。

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19 Sep

Cantor-Bernstein 定理(给出双射!)

学过集合论的朋友应该会知道,按照定义,判断两个集合的“势”相同的最直接的方法就是给出这两个集合之间的一个双射。然而,这样的双射往往不容易想到,比如

请给出一个$[0,+\infty)$到$(0,+\infty)$的双射

但是,直观地看,这两个集合的势一定是相当的,而且这两个集合之间的双射有无穷多个。然而,大多数的我们却很难想出一个双射来。当我们看到构造出来的双射时,第一反应往往是:这样的证明是怎么想到的!?比如,上述问题的答案之一是:

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10 Oct

从费马大定理谈起(十):x^3+y^3=z^3+w^3

Ramanujan

Ramanujan

在正式开始数学之前,我们不妨先说一个关于印度著名数学天才——拉马努金的轶事。拉马努金病重,哈代前往探望。哈代说:“我乘出租车来,车牌号码是1729,这数真没趣,希望不是不祥之兆。”拉马努金答道:“不,那是个有趣得很的数。可以用两个立方之和来表达而且有两种表达方式的数之中,1729是最小的。”(即$1729 = 1^3+12^3 = 9^3+10^3$,后来这类数称为的士数。)利特尔伍德回应这宗轶闻说:“每个整数都是拉马努金的朋友。”(来自维基百科

从这则轶事中,我们发现,确实存在的某些整数,可以表示为两种不同的立方和,换句话说,不定方程:
$$x^3+y^3=z^3+w^3$$

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11 Sep

[备份]全国大学生数学建模竞赛论文LaTex模板

模板来自:http://liam0205.me/2013/08/25/LaTeX-xcumcmart/

源网站的某些附件出现了不可访问的情况,因此保险起见,在这里备份一下,也供同样参加数学建模的朋友下载。感谢liam0205的站长制作该模板。

原网站介绍:

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24 Oct

从费马大定理谈起(十一):有理点与切割线法

圆上的有理点

圆上的有理点

我们在这个系列的文章之中,探索了一些有关环和域的基本知识,并用整环以及唯一分解性定理证明了费马大定理在n=3和n=4时的情形。使用高斯整数环或者艾森斯坦整数环的相关知识,相对而言是属于近代的比较“高端”的代数内容(高斯生于1777年,艾森斯坦生于1823年,然而艾森斯坦英年早逝,只活到了1852年,高斯还活到了1855年。)。如果“顺利”的话,我们可以用这些“高端”的工具证明解的不存在性,或者求出通解(如果有解的话)。

然而,对于初等数论来讲,复数环和域的知识的门槛还是有点高了。其次,环和域是一个比较“强”的工具。这里的“强”有点“强势”的意味,是指这样的意思:如果它成功的话,它能够“一举破城”,把通解都求出来(或者证明解的不存在);如果它不成功的话,那么往往就连一点非平凡的解都求不出来。可是,有些问题是求出一部分解都已经很困难了,更不用说求出通解了(我们以后在研究$x^4+y^4 = z^4 + w^4 $的整数解的时候,就能深刻体会这点。)。因此,对于这些问题,单纯用环域的思想,很难给予我们(至少一部分)解。(当然,问题是如何才算是“单纯”,这也很难界定。这里的评论是比较粗糙的。)

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25 Oct

从费马大定理谈起(十二):再谈谈切线法

首先谈点题外话,关于本系列以及本博客的写作。其实本博客的写作内容,代表了笔者在这段时间附近的研究成果。也就是说,我此时在写这篇文章,其实表明我这段时间正在研究这个问题。而接下来的研究是否有结果,有怎样的结果,则是完全不知道的。所以,我在写这篇文章的时候,并不确定下一篇文章会写些什么。有些类似的话题,我会放在同一个系列去写。但不管怎样,这些文章可能并不遵循常规的教学或者学习思路,有些内容还可能与主流的思想方法有相当出入,请读者见谅,望大家继续支持!

上一篇我们谈到了切线法来求二次和三次曲线的有理点。切线法在寻找不高于三次的曲线上的有理点是很成功的,可是对于更高次的曲线有没有类似的方法呢?换句话说,有没有推广的可能性。我们从纯代数的角度来回复一下切线法生效的原因。切线法,更一般的是割线法,能够起作用,主要是因为如果有理系数的三次方程有两个有理数的根,那么第三个根肯定是有理数。如果只有一个已知的有理根,那么就可以让两个根重合为已知的那个根,从而割线变成了切线。

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