페르마의 직각 삼각형 정리
Fermat's right triangle theorem페르마의 직각 삼각형 정리는 수론에서 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.
- 세 변의 길이가 모두 유리수인 유클리드 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.
- 세 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}=는 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"에서4912로 했습니다.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 c가 인 산술적 수열을 형성할 수 있다면 이 숫자는 디오판틴 방정식을 만족시킬 수 있습니다.
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 바첼트 드 메지리악에 [6]의해 프랑스어로 번역된 디오판투스의 산술메티카 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.
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
그러나 페르마 정리의 또 다른 등가 형식은 데카르트 좌표(,) {x )}이 방정식을 만족시키는 점들로 구성된 타원 곡선을 포함한다.
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(\ z가 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){가 정사각형일 정도로 비교적 p \style pdisplaystyle q}와 q\q{2}(짝수 중 하나)를 찾는 데 사용된다.이 숫자가 정사각형이 되려면 의 \ pq p -q \ -q \ p- p -이어야 합니다. 또는q\q 중 가 짝수이고 다른 하나가 홀수이므로 rr과 s는 홀수여야 합니다.r - \ displaystyle 와 + \ r는 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 { 및 { \ v는 면적/ 원시 피타고라스 삼각형의 다리입니다self square이고 v{\uv}는 이므로q / {\/4는 정사각형입니다.따라서, 정사각형 면적을 가진 피타고라스 삼각형이 정사각형 면적을 가진 더 작은 피타고라스 삼각형으로 이어져 [14]증거를 완성합니다.
메모들
- ^ 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.
- ^ 브래들리(2006년).
- ^ 베일러(1964년)
- ^ 광석(2012년);딕슨(1920).
- ^ 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.
- ^ Edwards(2000).
- ^ a b 스틸웰(1998).
- ^ 콘래드(2008년), 코블리츠(1993년, 페이지 3).
- ^ 콘래드(2008), 정리 2; 코블리츠(1993), 연습 3, 페이지 5.
- ^ a b 딕슨(1920).
- ^ 코블리츠(1993), 발의안 19, 46~47페이지, 가토&사이토(2000).
- ^ Edwards(2000);딕슨(1920).기타 증거는 Grant & Perella(1999년)와 Barbara(2007년)를 참조한다.
- ^ Edwards(2000);딕슨(1920).
- ^ Edwards(2000);딕슨(1920년); 스틸웰(1998년).
레퍼런스
- Barbara, Roy (July 2007), "91.33 Fermat's last theorem in the case ", Notes, The Mathematical Gazette, 91: 260–262, JSTOR 40378352
- Beiler, Albert H. (1964), Recreations in the Theory of Numbers: The Queen of Mathematics Entertains, Dover Books, p. 153, ISBN 978-0-486-21096-4
- Bradley, Michael John (2006), The Birth of Mathematics: Ancient Times to 1300, Infobase Publishing, p. 124, ISBN 978-0-8160-5423-7
- Conrad, Keith (Fall 2008), "The congruent number problem" (PDF), Harvard College Mathematical Review, 2 (2): 58–73, archived from the original (PDF) on 2013-01-20
- Cooper, Joshua; Poirel, Chris (2008), Pythagorean partition-regularity and ordered triple systems with the sum property, arXiv:0809.3478
- Dickson, Leonard Eugene (1920), "Sum or difference of two biquadrates never a square; area of a rational right triangle never a square", History of the Theory of Numbers, Volume II: Diophantine Analysis, Carnegie Institution of Washington, pp. 615–620
- Edwards, Harold M. (2000), "1.6 Fermat's one proof", Fermat's Last Theorem: A Genetic Introduction to Algebraic Number Theory, Graduate Texts in Mathematics, vol. 50, Springer, pp. 10–14, ISBN 978-0-387-95002-0
- Goldstein, Catherine (1995), Un théorème de Fermat et ses lecteurs, Saint-Denis: Presses Universaires de Vincennes
- Grant, Mike; Perella, Malcolm (July 1999), "83.25 Descending to the irrational", Notes, The Mathematical Gazette, 83: 263–267, doi:10.2307/3619054, JSTOR 3619054
- Kato, Kazuya; Saitō, Takeshi (2000), Number Theory: Fermat's dream, Translations of mathematical monographs, translated by Nobushige Kurokawa, American Mathematical Society, p. 17, ISBN 978-0-8218-0863-4
- Koblitz, Neal (1993), Introduction to Elliptic Curves and Modular Forms, Graduate Texts in Mathematics, vol. 97 (2nd ed.), Springer-Verlag, ISBN 0-387-97966-2
- Ore, Øystein (2012), Number Theory and Its History, Dover Books, pp. 202–203, ISBN 978-0-486-13643-1
- Stillwell, John (1998), "4.7 The area of rational right triangles", Numbers and Geometry, Undergraduate Texts in Mathematics, Springer, pp. 131–133, ISBN 978-0-387-98289-2