數學接力賽:費馬大定理困擾數學界350年,高斯和歐拉都失敗了

2020-12-09 科學新視界

德國數學家希爾伯特,在第二屆國際數學家大會上,列出了23個數學問題,他說未來的數學家,應該以解決這23個問題為使命。除了這23個問題之外,數學界還有三大猜想沒有解決,費馬大定理就是其中之一。它的發現者是法國數學家費馬,一個業餘的數學家,主業是法官。

身份的特殊性,讓他有了「業務數學家之王」的稱號,費馬本人他的成就感到自豪。想成為一名數學家並不容易,沒點天賦的人根本學不好這門課,這一點想必大家都清楚。我們在小學的時候就開始接觸數學,那時候學的知識並不難,可就有人考試不及格。到了高中,數學不及格的人更是一抓一大把。

費馬這個人很有意思,他留下來的手稿中,具體的證明過程寫得不多,有的乾脆就不寫了,直接把答案列出來。還會給自己找藉口,說什麼我去洗頭了,過程就不寫了吧!

其他數學家看見了他的手稿,就開始研究具體過程。就像是一場接力賽,許多數學家都以破解費馬手稿為樂趣。就這樣過了兩個世紀,費馬的手稿基本都被解決了,只留下來了一個奇怪的定理。高斯、歐拉、希爾伯特和龐加萊等數學家都對費馬大定理髮起了衝擊,卻都失敗了。費馬大定理以一己之力單挑19世紀的數學界,而且還贏了!

那費馬本人有沒有證明出來?費馬自己說是證明成功了,用的還是種「巧妙的方法」。不過有數學家提出了質疑,他們說費馬沒有證明成功。

事情的真相我們不得而知,轉眼間就來到了20世紀中期,日本數學家志村五郎和谷山豐對費馬大定理髮起了衝擊。之前的數學家都是從代數方面去破解費馬大定理,志村五郎和谷山豐另闢蹊徑,把代數幾何中的橢圓曲線和數論中的模形式聯繫起來,提出了一個關於費馬大定理的猜想。

這個猜想在經過數學界的檢驗後,被認為是證明費馬大定理的關鍵。不過這一猜想也分為多種情況,半穩定橢圓曲線的情況一直沒有證明成功,證明再次卡殼了。

時間來到了20世紀後期,費馬大定理已經困擾數學界350年了,數學家們都快要放棄證明它了。直到英國數學家懷爾斯的出現,這一困境才峰迴路轉。懷爾斯是個天才,在10歲的時候就接觸到了費馬大定理,並立下了志向,以後要以證明費馬大定理為畢生追求。

或許是因為他相信志村五郎和谷山豐的猜想,大學時期他的主攻方向便是代數幾何中的橢圓曲線。大學畢業後,懷爾斯開始全身心地投入數學研究中,達到了學術狀態的巔峰。33歲時,懷爾斯開始收集前人對費馬大定理的研究,收集完後就進入了閉關狀態。這一閉關就是7年的時間,懷爾斯成了數學界的隱士。

7年之後,他站在了牛頓數學科學研究所的數學講座上,一口氣做了3場報告。在最後一場報告會上,他宣布成功證明了費馬大定理。

350年的難題,130頁的證明過程,懷爾斯終於解決了費馬大定理。一夜之間,懷爾斯成為數學界的明星。在國際數學家大會上,懷爾斯的證明過程經過了最嚴格的檢驗,數學家們都為之嘆服。就像是在做夢一樣,困擾數學界350年的難題就這樣被解決了。懷爾斯以強大的毅力和智慧,為我們展現出了人類的智力巔峰。也希望在未來,能有更多的數學猜想被證明出來。

相關焦點

  • 費馬大定理|一場數學接力賽
    庫默爾,德國數學家1847年,他證明了對於小於100的除了37,59和67這三個非正則素數外,費馬大定理成立,使證明問題取得了第一次重大突破。1847年,著名數學家拉梅和柯西先後宣布自己基本證明費馬大定理。
  • 《費馬大定理》
    本書聚焦「一個困惑了世間智者358年的謎」——費馬大定理。在安德魯·懷爾斯證明其成立,使得費馬猜想真正成為費馬大定理之前,無數數學家為證明這一猜想不懈努力,這一簡單的定理是如何提出的,數學界為證明這一定理做了哪些努力,安德魯是如何證明其成立的,了解一個定理誕生的過程,或許我們會驚嘆,數學真是神奇!
  • 大話費馬大定理
    他看似簡單的一行隨筆,讓整個數學界為之努力並困惑了整整300多年,無數偉大的天才們前赴後繼,卻都無疾而終。解決費馬大定理的過程可能是整個數學史上最為驚心動魄,也是最為戲劇性的一段故事,定理本身的簡潔優雅與證明過程的艱辛與繁複形成了強烈的反差,而中間經歷的各種曲折和動人的故事更為此增添了傳奇的色彩。
  • 費馬大定理的故事
    這就是舉世聞名的費馬大定理,數學史上也很少有定理前面加「大」字,雖然費馬本人對大定理證明一筆帶過,卻也留下了自己對這個問題的初步思考,在另外一篇文章裡,他簡單敘述了如何證明n=4的情形,但並沒有給出對其他自然數的相關證明。他的這個猜想當時在數學界引起了巨大轟動,也為數學界留下一大難題。
  • 費馬大定理,數學最大的浪漫
    —費馬大定理。為了讓大家更清晰地體會這個過程的艱難,小編嘔心瀝血製作了一張時間軸:    費馬大定理在數學史上註定是濃墨重彩的一筆:    1、350多年懸而未決,全世界眾多數學大師的名字在這裡出現,歐拉、熱爾曼、高斯、勒讓德、狄利克雷、庫默爾、拉梅、柯西、莫德爾、法爾廷斯、谷山豐、志村五郎、弗雷、裡貝克、懷爾斯……可謂熠熠生輝;    2、這個過程無疑是一部傳奇迭出的章回小說
  • 一個文科生講費馬大定理的前世今生
    愛法律更愛數學,秀財富不如秀智商對於費馬大定理 ——這個數學中一個高精尖的領域,高斯一生都在表示,這個問題不重要,這個問題不值得他出手。但實際上,費馬大定理有任何一點點的進展,高斯都會跑過去看看到底是怎麼回事,這說明費馬大定理是一個讓高斯這樣的高手都躊躇為難的大難題。
  • 費馬大定理為什麼敢叫「大」定理?
    今天要給大家講的是數學界用350年的時間證明費馬大定理的過程中發生的一些有趣故事,讀完此文章你也許可以感受到數學的魅力。以下內容,盡情享用!懷爾斯10歲時就被費馬大定理吸引住,並從此選擇了數學作為終身職業。在採訪中他說:「上大學之後,我一直在想,歷史上許多人把可想到的辦法都想到了,最終也沒有解決費馬大定理,所以我覺得必須要學習更高深的數學。
  • 費馬大定理得證歷程
    1678年和1738年德國數學家萊布尼茲和瑞士數學家歐拉也各自證明了n=4。1770年歐拉證明n=3。1823年和1825年法國數學家勒讓德和德國數學家狄利克雷先後證明n=5。1832年狄利克雷試圖證明n=7,卻只證明了n=14。
  • ...人類358年的世紀難題|安德魯·懷爾斯|數學|費馬大定理|費馬|數論
    懷爾斯照片,來源:視覺中國世紀玩笑安德魯·懷爾斯自小迷戀解數學題,1963年的一天,10歲的他在泡圖書館時,手頭拿著一本叫《大問題》的書,當他翻到「費馬大定理」那一頁,被一個簡潔明快的數學公式深深吸引住。「為什麼如此簡單的公式,300多年來所有的數學大師都無法解決?」一顆好奇的種子埋進了小懷爾斯的心裡。
  • 350年都沒人解決的難題,為什麼是他搞定了? 費馬大定理
    ,350年裡,一代又一代的優秀數學家都試圖證明它,它讓所有最有才華的數學家都苦惱、沮喪、瘋狂。但大多數職業數學界都把它當成是數學界的鍊金術,完全是浪費時間,荒唐無比。沒人敢再碰它。因為數學的絕對性和嚴密性讓問題和其它學科不同,你可能花幾年時間證明一個命題,可是最後卻發現這個命題就是錯的,這是一次要不全贏要不全輸的賭博。但是,有一個人,懷爾斯,花了7年的漫長時間,獨自一個人偷偷地在自家閣樓上完成了這個數學證明。
  • 懷爾斯用新方法證明了費馬大定理,數學界認為費馬本人都未曾證明
    普林斯頓大學數學教授安德魯·懷爾斯。懷爾斯歷時7年,證明了350年懸而未決的費馬大定理。筆記中的數學命題,往往沒寫下證明過程,留下了一個極為誘人的挑戰。幾年內,讀者幾乎證明出了所有命題,除了那個關於高維勾股數組的命題,那是「最後一個」未能被證明的命題(費馬大定理也稱作「費馬最後的定理」)。 幾個世紀以來,費馬大定理成了科學家、業餘愛好者和「民科」們追逐的對象,每次看似靠近卻發現沒有出路。
  • 350年全人類的智商接力,只因他留下的那個"證明:略"
    它的證明者只是隨意把結論定理遺留在草稿紙上。卻不知道定理背後神秘的證明過程吸引了無數數學家的痴迷探究。它引發了一場歷時350年的全球高智商接力賽。目前已經是數學定理中證明方法最多的定理之一,約有400種證明方法。而這一個看似簡單的公式,在費馬的思考下有引申出一個著名的定理。這個定理掀起了一場轟動全國,並且350年不停息的數學熱潮。
  • 懷爾斯用7年時間證明了費馬大定理,殺死了一隻會下金蛋的鵝
    如果要用一個定理涵蓋整個數學發展史,那麼肯定非「費馬大定理」莫屬,從1637年誕生,到1993年懷爾斯將它攻克,整整用了356年的時間,而在這其中,無數數學家前赴後繼,耗盡人類眾多最傑出大腦的精力,就連歐拉、高斯都未能將他全部攻克。對於費馬大定理的證明工作可以說就是一部活生生的數學發展史。
  • 從3到n:費馬大定理得證歷程
    1676年數學家根據費馬的少量提示用無窮遞降法證明n=4。1678年和1738年德國數學家萊布尼茲和瑞士數學家歐拉也各自證明n=4。1770年歐拉證明n=3。1823年和1825年法國數學家勒讓德和德國數學家狄利克雷先後證明n=5。1832年狄利克雷試圖證明n=7,卻只證明了n=14。
  • 費馬大定理:一部跨時代的驚險小說
    費馬寫下這幾行字大約是在1637年,這些被僥倖發現的蛛絲馬跡成了其後所有數學家的不幸。一個高中生就可以理解的定理,成了數學界最大的懸案,從此將那些世界上最聰明的頭腦整整折磨了358年。一代又一代的數學天才前赴後繼,向這一猜想發起挑戰。
  • 費馬大定理的啟示:數學內容、方法的豐富促成了費馬大定理的解決
    知識的爆炸增長是全面覆蓋的,數學自然也不例外。很多年前就有人做過粗略統計說,數學界一年發表的定理高達20萬餘條,當然這其中大部分的定理都會是無人問津的。海量的、豐富的數學內容對每個數學工作者提出了什麼樣的挑戰呢?數學的發展將何去何從?
  • 世界三大數學難題之——費馬猜想(又名費馬大定理)
    費馬最後定理在中國習慣稱為費馬大定理,西方數學界原名「最後」的意思是:其它猜想都證實了,這是最後一個。著名的數學史學家貝爾(E. T. Bell)在20世紀初所撰寫的著作中,稱皮耶·德·費馬為」業餘數學家之王「。貝爾深信,費馬比皮耶·德·費馬同時代的大多數專業數學家更有成就。17世紀是傑出數學家活躍的世紀,而貝爾認為費馬是17世紀數學家中最多產的明星。
  • 歷史上的數學定理(II)
    行列式定理和柯西-比內公式是由哪位數學家提出的呢?特徵方程與特徵根?費馬大定理的證明歷程真的是一帆風順的嗎?」弦振動方程的解 1747年,法國數學家達朗貝爾針對弦振動問題所導出的偏微分方程給出了解的表達形式庫麥爾關於費馬大定理結果 1850年,數學家庫麥爾考慮了費馬大定理的幾類情形,證明了:對於每一個指數是正則素數或小於
  • 號稱世界數學史上最著名的裝逼事件
    公元1637年,業餘數學家之王費馬提出了著名的猜想:同時,費馬同志在這個猜想旁邊寫下了同樣裝逼的話:我確信已發現了一種美妙的證法,可惜這裡的空白地方太小,寫不下。此後,整個數學界一直在力尋找費馬同志所說的「美妙證法」。參與的數學家有歐拉、高斯、萊不尼茲(牛頓乾脆不去碰這個定理)、熱爾曼、拉梅、庫默爾、柯西、莫得爾、谷山豐……,但毫無意外全部敗下陣來。
  • 昱見|費馬大定理,數學家裝起x來,你們誰也擋不住
    這段簡短的留言,就是所謂「費馬大定理」傳說的緣起,也是折磨了數學界300多年的一個噩夢的開始——該留言被發現後,人們立刻按費馬說的試了試,發現他的這一論斷沒準還真對頭。但怎麼證明它呢?費馬非常「傲嬌」地說自己已經想到了方法,只是空白太小懶得寫。於是數學家們翻遍了他留下的其他故紙堆,但愣是沒找到那個「絕妙的證法」。