This is a good article. Click here for more information.

페르마의 직각 삼각형 정리

Fermat's right triangle theorem
두 개의 직각 삼각형으로, 위쪽의 두 다리는 다리와 같고 아래쪽의 두 다리는 빗변입니다. 길이에 2({}) 및({2}})는({의 공백으로 구분된 산술적 수열을 형성합니다. 4가지 a 에는 모두 사용할 수 없습니다. c d\d는 입니다.

페르마의 직각 삼각형 정리수론에서 존재하지 않는 증거로, 피에르 드 페르마의 사망 직후인 1670년에 출판되었다.그것은 페르마에 [1]의해 주어진 유일한 완벽한 증거이다.그것은 여러 가지 동등한 제제를 가지고 있으며, 그 중 하나는 피보나치에 의해 1225년에 기술되었다(그러나 증명되지 않았다).기하학적 형태로 다음과 같이 기술되어 있습니다.

  • 변의 길이가 모두 유리수유클리드 평면의 직각삼각형은 유리수의 제곱인 면적을 가질 수 없다.유리변 직각삼각형의 면적은 합동수라고 불리기 때문에 어떤 합동수도 제곱이 될 수 없다.
  • 직각삼각형과 면적이 같은 정사각형은 모든 변이 서로 비례할 수는 없다.
  • 한 삼각형의 두 다리가 다른 삼각형의 다리이자 빗변인 두 개의 정수변 직각 삼각형이 존재하지 않는다.

더 추상적으로, 디오판토스 방정식(다항식 방정식에 대한 정수 또는 유리수 해법)에 대한 결과로서, 다음과 같은 진술과 같다.

  • 개의 정사각형 숫자가 산술 급수를 이루면, 연속된 수 사이의 간격은 정사각형일 수 없습니다.
  • 2 (x -) ( +) ( x + 1) { y}= (x {-1} { x \ {-1 y {\ y=0 . 0의 세 가지 사소한 점뿐입니다.
  • 4 - 4 2 ({ x}= 0이 아닌 정수해를 가지지 않는다.

이 공식들 중 마지막 공식의 직접적인 결과는 페르마의 마지막 정리가 그 지수가 4인 특별한 경우에 참이라는 것이다.

공식화

산술적 수열의 제곱

1225년, 프레데릭 2세 황제는 수학자 피보나찌에게 그의 궁정 철학자 팔레르모의 존이 세 가지 문제를 제기한 다른 수학자들과의 수학 대회에 참가하도록 도전했다. 문제들 중 첫 번째 문제에서는 정사각형이 5단위로 균등하게 떨어져 있는 3개의 유리수를 요구했는데, 피보나찌는 "Book of Squares"에서4912했습니다.같은 해 후반 피보나치에 의해 출판된 그는 산술 급수를 형성하면서 서로 등간격인 제곱수의 3배를 찾는 보다 일반적인 문제를 풀었다.피보나찌는 이 숫자들 사이의 간격을 [2]합동이라고 불렀다.피보나찌의 해법을 설명하는 한 가지 방법은 제곱되는 숫자는 피타고라스 삼각형의 다리 차이, 빗변, 다리 합계가 되고, 합동은 같은 삼각형의 [3]4배라는 것이다.피보나찌는 합동이 제곱수라는 것 자체가 불가능하다고 관찰했지만, 이 [4]사실에 대한 만족스러운 증거는 제시하지 못했다.

3개의 2 a ({ b 2 c 인 산술적 수열을 형성할 수 있다면 이 숫자는 디오판틴 방정식을 만족시킬 수 있습니다.

즉, 피타고라스의 정리에 따르면 그들은 쌍( b ({ b)})이 하나의 다리를 주고 작은 삼각형의 빗변과 같은 쌍이 큰 삼각형의 두 다리를 형성하는 두 개의 정수변 직각 삼각형을 형성할 것이다.그러나 (Fibonacci가 주장했듯이) 정사각형 합동이 존재할 수 없다면, 이러한 방식으로 [5]두 변을 공유하는 두 개의 정수 직각 삼각형이 존재할 수 없습니다.

직각 삼각형 영역

합동은 정확히 피타고라스 삼각형의 네 배 면적의 숫자이고, 4를 곱해도 숫자가 정사각형인지 아닌지는 변하지 않기 때문에, 정사각형 합동의 존재는 정사각형 면적을 가진 피타고라스 삼각형의 존재와 같다.페르마의 증거가 관련된 것은 이 문제의 변종이다: 그는 그러한 삼각형이 없다는 것을 보여준다.이 문제를 고려하면서 페르마는 피보나찌가 아니라 1621년 클로드 가스파르 바첼트메지리악[6]의해 프랑스어로 번역된 디오판투스산술메티카 판에 의해 영감을 받았다.이 책은 정사각형과 관련된 형태의 영역을 가진 다양한 특수 직각삼각형에 대해 기술했지만 [7]정사각형 영역 자체의 경우는 고려하지 않았다.

위의 두 피타고라스 삼각형의 방정식을 다시 배열하고, 그것들을 곱하면, 단일 디오판토스 방정식을 얻을 수 있다.

이는 변수 e\ac를 도입하여 단순화할 수 있습니다.
반대로, b - {\ b2}= 따르는 3개의 양의 정수는 정사각형 합동으로 이어진다. 이 숫자들의 경우 제곱수( - - ) 2 {\ (2}}^{2}}}^{{{{{}}}}}}}}}^2}^2}^2}^2}^2}^2}^2}^2}^2}^2}^2및 ( - + ) {{ }^22} ( 2 { 의 산술 급수를 형성한다.따라서, - d 2 {\d^{}}의 용해도는 제곱합이 존재하는 것과 같다.단, 페르마의 마지막 정리 + 의 정수해인 에 대한 반례가 있다면, 반례에서 세 개의 중 하나를 제곱하면 - 4d 세 개의 가 나온다.\ b2 따라서 피타고라스 삼각형이 정사각형 면적을 가지지 않는다는 페르마의 증명은 페르마의 마지막 [7]정리의 지수4(\ 4의 진상을 암시한다

같은 문제의 또 다른 등가 공식은 합동수, 즉 세 변이 모두 유리수인 직각 삼각형의 영역이다.변에 공통분모를 곱함으로써 어떤 합동수라도 피타고라스 삼각형의 영역으로 변환될 수 있으며, 여기서부터 합동수는 합수에 유리수의 [8]제곱을 곱함으로써 형성된 정확히 그 수이다.따라서, 제곱합이 존재한다는 것은 숫자 1이 합동수가 아니라는 [9]진술과 같다.이 공식을 표현하는 또 다른 기하학적 방법은 정사각형(기하학적 형상)과 직각삼각형은 동일한 면적과 모든 변이 서로 [10]비례하는 것을 가질 수 없다는 것이다.

타원 곡선

타원 곡선2 y = x(x + 1)(x - 1)입니다.세 개의 유리점(-1,0), (0,0) 및 (1,0)은 이 곡선과 x축의 교차점입니다.

그러나 페르마 정리의 또 다른 등가 형식은 데카르트 좌표(,) {x )}이 방정식을 만족시키는 점들로 구성된 타원 곡선을 포함한다.

점(-1,0), (0,0) 및 (1,0)은 이 방정식에 대한 명확한 해답을 제공합니다.페르마의 정리는 곡선에서 모두 인 유일한 점이라는 진술과 같다.보다 일반적으로 유리변과 n {\ n 갖는 직각 삼각형은 타원 y (+ )( -n ) \y {2} =x ( + ) [11]의 양의- 좌표를 갖는 유리점과 1 대 1로 대응한다.

페르마의 증명

생전에 페르마는 정사각형 면적의 피타고라스 삼각형이 존재하지 않는다는 것을 증명하기 위해 몇몇 다른 수학자들에게 도전했지만, 그 증거를 직접 발표하지는 않았다.하지만, 그는 디오판토스의 산술학 사본에 페르마의 마지막 정리를 증명할 수 있다는 증거를 썼습니다.페르마의 아들 클레멘트 사무엘은 1670년 [12]직각 삼각형 정리의 증명과 함께 페르마의 한계 주해를 포함한 이 책의 판을 출판했다.

페르마의 증거는 무한 하강으로 인한 증거이다.그것은 정사각형 면적을 가진 피타고라스 삼각형의 어떤 예에서도 더 작은 예시를 도출할 수 있다는 것을 보여준다.피타고라스 삼각형은 양의 정수 영역을 가지고 있고 양의 정수의 무한 내림차순이 존재하지 않기 때문에, 정사각형 [13]면적을 가진 피타고라스 삼각형 또한 존재할 수 없습니다.

자세한 내용은 x x y z(\ z 정사각형 면적의 직각 삼각형의 정수 변이라고 가정합니다.어떤 흔한 요인들로 나눔으로써, 누구도 이 삼각형은 모든 원시 피타배의 알려진 형태에서, 설정할 수 있primitive[10]것이다.)는 문제는=2pq{\displaystyle x=2pq}, 그건)p2− q2{\displaystyle y=p^{2}-q^{2}}, z)p2+q2{\displaystyle z=p^{2}+q^{2}}, 추정할 수 있다.tr 2 - 2){ 정사각형일 정도로 비교적 p \style pdisplaystyle q}와 q\q{2}(짝수 중 하나)를 찾는 데 사용된다.이 숫자가 정사각형이 되려면 \ pq p -q \ -q \ p- p -이어야 합니다. 또는q\q가 짝수이고 다른 하나가 홀수이므로 rr과 s는 홀수여야 합니다.r - \ displaystyle + \ r 짝수이며, 둘 중 하나는 4로 나누어집니다.두 개로 나누면 두 개의 (-s )/ { { u ( - s ) /{ displaystyle v =( +s ) / 2 { v ( r + s )/ 더 생성되며, 그 중 하나는 앞의 문장으로도 마찬가지입니다.2 + 2 ( 2 + ) / { { \ +2} / 2 p }는 이므로u { { \ v 면적/ 원시 피타고라스 삼각형의 다리입니다self square이고 v{\uv}는 이므로q / {\/4 정사각형입니다.따라서, 정사각형 면적을 가진 피타고라스 삼각형이 정사각형 면적을 가진 더 작은 피타고라스 삼각형으로 이어져 [14]증거를 완성합니다.

메모들

  1. ^ Edwards(2000).고트프리드 빌헬름 라이프니츠(1678), 레온하르트 오일러(1747), 베르나르 프레니클 드 베시(1765 이전)를 포함한 많은 후속 수학자들이 증거를 발표했다. 딕슨과 골드스타인(1995)을 참조하라.
  2. ^ 브래들리(2006년).
  3. ^ 베일러(1964년)
  4. ^ 광석(2012년);딕슨(1920).
  5. ^ 두 변을 공유하는 두 개의 직각삼각형이 있을 수 없다는 사실과 이 문제와 산술적 연속의 제곱 문제 사이의 연관성은 Cooper & Poirl(2008)에 의해 "잘 알려진" 것으로 기술되었다.
  6. ^ Edwards(2000).
  7. ^ a b 스틸웰(1998).
  8. ^ 콘래드(2008년), 코블리츠(1993년, 페이지 3).
  9. ^ 콘래드(2008), 정리 2; 코블리츠(1993), 연습 3, 페이지 5.
  10. ^ a b 딕슨(1920).
  11. ^ 코블리츠(1993), 발의안 19, 46~47페이지, 가토&사이토(2000).
  12. ^ Edwards(2000);딕슨(1920).기타 증거는 Grant & Perella(1999년) Barbara(2007년)참조한다.
  13. ^ Edwards(2000);딕슨(1920).
  14. ^ Edwards(2000);딕슨(1920년); 스틸웰(1998년).

레퍼런스