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第10章 近代成果

这里要介绍这样几个问题:

对于哪些指数FLT是真的;关于FLT的哪些工作还在进行;近几年的几项重大成果等。目的是指出重大的历史发展。由于解决问题所需的各种方法,包括不同的技术,一般都要涉及高深的知识,这里只能简要地介绍结果。

(一)我们给出10个现代结果,其中某些结果在后面有关部分里还要作进一步说明。

1.瓦格斯塔夫(1977年):对于任何一个素指数p<125000,FLT成立。后来,美国加利福尼亚大学伯克利分校的罗瑟教授,又把p的上限从12.5推到4×106。

2.莫利斯玛等(1948年):对于每一个素指数p<57×109的FLT第一种情形成立(或者按照波利尔哈特等的结果,在最坏情况下,p<3×109)。事实上,对于更大的素指数p第一种情形也成立。

3.对于现在已知的最大素数FLT第一种情形成立。目前已知的最大素数是梅森数M86243=286243-1(形状如2n-1的数叫梅森数,记作Mn=2n-1),这是1983年计算机专家斯洛文斯基在每秒运行一亿次的超巨型计算机CRAy-1上运行5782秒得到的结果。

上面的结果是乐观方面。但是,一些数学家考虑FLT可能存在反例。对于给定的指数p,最小的反例有多大呢?

4.依恩柯利(1953年):如果对于指数p第一种情形不成立,x,y,z是整数,0<x<y<z,xyz不能被p整除,xp+yp=zp,那么x>2P3+Plog(3p)P在第二种情形下,x>p3p-4和y>12p3p-1,此外,介绍于1958年证明在第一种情形下,y>12(p2p+1)p其中P是所有这样的素数q≠p的积,q-1可以整除p-1。

费马方程也可能存在有限个解,这方面有:

5.依恩柯利和海罗(1964年):1)给定p和M>0,至多存在有限组(x,y,z),使0<x<y<z,xp+yp=zp,且y-x,z-y<M。2)给定p,至多存在有限组(x,y,z),使0<x<y<z,xp+yp=zp,且x是某个素数的幂。

对于每一个这样的数组,我们有有效的控制(这是很重要的新的特性):x<y<exp{\[2p(p-1)10(p-1)\]1}注ex可表示为exp{x}。

另一类结果,对于偶指数有如下定理:

6.特亚尼安(1977年):如果x,y,z是非零整数,p是任意奇素数,并且x2p+y2p=z2p,那么2p整除x或者y。换句话说,对于每一个偶指数FLT第一种情形是真的。

FLT对于无穷多素指数成立的可能性问题。在这方面,我们有:7.罗特凯也维奇(1965年):如果辛泽尔关于梅森数的猜想是真的,那么存在无穷多素数p,关于p,FLT第一种情形成立(辛泽尔猜想:存在无穷多非平方梅森数)。

下面的结果与分圆域Q(ζ)的类群有密切关系,这里ζ是1的p次原根。

8.范迪弗(1929年):如果Q(ζ)的类数的第二个因数h+不是p的倍数,并且所有贝努利数B2np(n=1,2,…,(p-3)/2)的分子都不是p3的倍数,那么对于指数p,FLT成立。

9.爱斯勒(1965年):如果对于p第一种情形不成立,那么p\[p\]-1整除Q(ζ)的类数第一因数h·(其中[a]表示不超过a的最大整数),并且Q(ζ)的理想类群的秩p大于p-2。

10.波鲁克内(1975年):如果对于指数p第一种情形不成立,那么p的非正规指数,ii(p)=#{k=2,4,…,p-3|p整除贝努利数Bk的分子}满足ii(p)>p-2。

(二)近几年取得的几项重大成果如下:

1.前些年美国数学家曼福得证明,如果xn+yn=zn有整数解,那么这样的解是“非常少的”。这个结果意味着FLT成立的可能性很大,它是目前关于FLT的最好结果之一。他的方法是这样的:如果xn+yn=zn有无穷多整数解(xm,ym,zm),我们按照zm由小到大的次序排列这个数组,那么就能找到一个常数a>0和另一个常数b,使zm恒大于1010am+b,这是一个天文数字!由于这个成就,1974年曼福得获得国际数学界最高荣誉——菲尔兹金牌奖,当时他年仅37岁。

2.1922年英国数学家莫德尔提出一个猜想:如果F(x,y)为有理系数多项式及代数曲线F(x,y)=0的亏格≥2,那么F(x,y)=0只有有限多个有理解。

3.1985年,用解析数论的方法,爱德列曼和海斯——布朗证明了存在无穷多个素数P,使得FLT的第一种情形成立。这无疑是FLT的研究中又一突破性工作。

1983年德国29岁的数学家伐尔廷斯证明莫德尔的猜想是正确的。这个结果使一大批不定方程的求解问题得到解决,对于FLT也是一个重大突破。从这个结果,可以推出费马曲线xn+yn=1(n≥4)上只有有限个有理点,也就是说,如果方程xn+yn=zn(n≥4)有解,则至多有有限多个。

伐尔廷斯的巨大成就轰动了数学界。各国数学家普遍感到兴奋与惊奇,并给予高度的评价。一些数学家认为,这个进展不是每年都能碰得上的结果,是一件罕见的大事。至少就数论这个分支而言,可能已经解决了20世纪中最重要的问题。可以预言,伐尔廷斯将是第20届国际数学家大会颁发的菲尔兹奖的获得者。

值得指出的是,伐尔廷斯在证明莫德尔猜想时,使用了沙伐尔维奇等所创造的一套深刻的代数几何工具。因此,我国著名解析数论学家王元指出,解析数论专家不懂代数的时代从此结束了。从这方面来说,伐尔廷斯的工作使数论各方面的专家懂得了相互了解的重要性,这对于今后的数论研究工作将起到积极作用。

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