费马猜想

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费马纪念邮票

1637年左右,“业余数学家之王”费马先生在阅读丢番图《算术》拉丁文译本时,曾在第11卷第8命题旁写道:“将一个立方数分成两个立方数之和,或一个四次幂分成两个四次幂之和,或者一般地将一个高于二次的幂分成两个同次幂之和,这是不可能的。关于此,我确信已发现了一种美妙的证法 ,可惜这里空白的地方太小,写不下。”

好一个“空白的地方太小,写不下”,终使无数后代数学家们前仆后继。

欧拉、狄利克雷、勒让德、拉梅、高斯的学生库默尔、勒贝格、谷山丰等等开始接力猜想的证明过程。

终于在猜想提出350多年后的1994年由英国数学家安德鲁·怀尔斯(Andrew Wiles)完成,遂称费马大定理。

当然,怀尔斯解决这个猜想本身就是一个精彩传奇。

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数学家安德鲁·怀尔斯

四色猜想

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四色猜想的提出也颇具生活化。1852年,毕业于伦敦大学的格斯里(FrancisGuthrie)来到一家科研单位搞地图着色工作时,发现每幅地图都可以只用四种颜色着色。于是,他做了一个很自然地思考:这个现象能不能从数学上加以严格证明呢?

数学源于生活啊!

这个猜想若到此,也就不会激起再大的反响。恰恰是格斯里的弟弟的导师正是著名数学家德·摩尔根,这位德·摩尔根有位好友数学家正是发明“四元数”的著名数学家哈密尔顿爵士。而问题恰恰就出在这位神童爵士到死没有解决这个问题。这时,大家才意识到这个问题的严重性。

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数学家哈密尔顿

1872年,英国当时最著名的数学家凯利正式向伦敦数学学会提出了这个问题,于是四色猜想成了世界数学界关注的问题,于是又一个猜想引得无数一流数学家抛头颅洒热血。

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数学家凯利

经过肯普、赫伍德等人的努力后,证明了一个较弱的命题——五色定理,即,对地图着色,用五种颜色就够了。这时,又到了一个瓶颈,越来越多的数学家绞尽脑汁,再无进展。人们也开始认识到,这个貌似容易的题目,其实是一个与费马猜想相媲美的难题。

最后,在1976年6月,美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上,两位数学家阿佩尔(Kenneth Appel)与哈肯(Wolfgang Haken)用了1200个小时,作了100亿判断,结果没有一张地图是需要五色的,最终证明了四色定理,轰动了世界。遂称四色定理。

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一枚纪念邮票,上面写着“四种颜色就够了”

有意思的是,这个问题的研究意外带动拓扑学与图论的生长、发展。

看似简单的问题,真的不简单。这本身就是大自然留给人类的一个无限的谜。

至此,世界三大猜想已然解决了两个,剩下最后一个哥德巴赫猜想至今尚未彻底解决。

哥德巴赫猜想

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这个哥德巴赫猜想,与大文豪歌德无关,当然,亦非“西方近代音乐之父”巴赫所为,而是源自于一位与之同时代的德国数学爱好者哥德巴赫(Goldbach C.)。

这位富家子弟哥德巴赫喜欢结交数学家,与数学史上最伟大的家族伯努利家族结识,和大数学家欧拉是好友。真是物以类聚,人以群分。

1742年6月7日,哥德巴赫写信给欧拉,提出了一个猜想:任何一个奇数,比如77,可以把它写成三个素数之和,即77=53 17 7;又如461可以写成257 199 5,仍然是三个素数之和。即发现“任何大于5的奇数都是三个素数之和。”

1742年6月30日欧拉先生给哥德巴赫回信了:这个命题看来是正确的,但是暂给不出严格的证明。同时欧拉对上述命题做了修改:任何一个大于2的偶数都是两个素数之和。这个欧拉版本是现在常见的猜想陈述,当然,他到死也没能给予证明。

大数学家没能解决的问题,当然吸引人。1770年,英国数学家爱德华·华林(Waring Edward)首先将它公之于众。于是,又一场新的数学追逐赛开始了。

研究偶数的哥德巴赫猜想常见有四个途径,其中殆素数(素因子个数不多的正整数)是个重要途径。即常用“a b”这样的形式表示如下命题:每个大偶数N都可表为A B,其中A和B的素因子个数分别不超过a和b,即N=A B。易知,哥德巴赫猜想就是证明N可以写成"1 1"。

200多年过去了,至今没有完全解决。不过由此猜想带来的数学新方法则层出不穷,从另一方面促进数学自身的发展。

我国最早研究哥德巴赫猜想的数学家是华罗庚先生。后,王元、潘承洞和陈景润等在哥德巴赫猜想的证明上取得了相当好的成绩。目前最好的成果(陈氏定理)乃于1966年由中国数学家陈景润取得,即所谓的 “1 2 ”。

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数学家陈景润的墓碑

或许,最后要摘下这颗数学上的明珠,还在等待新的数学新方法吧!

这三大数学猜想看似简单易懂,一般人都能理解,但实则内涵深邃无比,不可轻易触碰。

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