Обучающие программы и исследовательские работы учащихся
Помогаем учителям и учащимся в обучении, создании и грамотном оформлении исследовательской работы и проекта.

Наш баннер

Сайт Обучонок содержит исследовательские работы и проекты учащихся, темы творческих проектов по предметам и правила их оформления, обучающие программы для детей.
Будем благодарны, если установите наш баннер!
Баннер сайта Обучонок
Код баннера:
<a href="https://obuchonok.ru/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.ru/banners/banob2.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок. Исследовательские работы и проекты учащихся"></a>
Все баннеры...

Введение


На первый взгляд теорема Ферма кажется, очень простой. Те, кто
сталкиваются с ней впервые, обычно недоумевают: почему на протяжении
380 с лишним лет математики не могли её доказать? Однако вскоре подобные иллюзии рассеиваются, и становится понятно: теорема Ферма – одна из сложнейших математических задач всех времён.
Эта теорема заинтересовала и меня…

Теорема утверждает ,что для любого
Натурального числа n>2 уравнение не имеет целых ненулевых числах a,b,c. В самом деле, пусть a,b,c - целые числа, дающие решение уравнения Ферма. Если n четное , то |a|,|b|,|c| тоже будут решением, а если нечётно, то перенесём все степени отрицательных значений в другую часть уравнения, изменив знак.

Например, если бы существовало решение уравнения a3+b3=c3 и при этом a отрицательно, а прочие положительны, то b3=c3+|a|3 , и получаем натуральные решения c,|a|,b Поэтому обе формулировки эквивалентны.

Рассказывая о великой теореме необходимо начать с её создателя – Пьера де Ферма.
Он родился 17 августа 1601 года, в городе Бомон-деЛомань на юге Франции. При жизни Пьер де Ферма имел юридическое образование и был обычным городским адвокатом, но в душе он был страстным любителем математики и совершил множество удивительных открытий. Получив образование, Ферма переехал в Бордо, там он работал адвокатом и вступил в местное математическое сообщество. Бордо был одним из центров научной жизни, где находили поддержку талант и творчество.


В Бордо Ферма познакомился со многими учеными, обменивался с ними своими идеями и расширял кругозор, в Бордо были изданы первые работы Ферма. Именно там зародились многие его идеи, в частности идея переиздания книги Аполлония «Плоские места», там же он открыл метод нахождения минимумов и максимумов функций, а также провел некоторые исследования, посвященные магическим квадратам.

Прошло уже столько лет, множество ученых боролись с теоремой, и все потерпели поражение, и кажется, что Великая теорема уже никогда не будет доказана, но это не так. Теорему Ферма смог доказать некий человек по имени Эндрю Уайлс. Эндрю Джон Уайлс родился в 1953 году в Кембридже, но изучал математику в Оксфордском университете, где его отец, Морис Френк Уайлс, преподавал богословие. Эндрю узнал о великой теореме Ферма в 10 лет из научно-популярной книги по математике. Уайлс решил доказать теорему, используя знания из школьного курса арифметики.

Двигаясь к своей цели, Эндрю начинает специализироваться в современной теории чисел. Уайлс полностью погружается в доказательство, прекращая даже участие в научных конференциях. И в результате семилетнего отшельничества от математического сообщества в Принстоне, в мае 1993 года Эндрю ставит точку в своем тексте – дело сделано.

Над полным доказательством Великой теоремы работало немало выдающихся математиков и множество дилетантов-любителей; считается, что теорема стои́т на первом месте по количеству некорректных «доказательств». Тем не менее эти усилия привели к получению многих важных результатов современной теории чисел.

Давид Гильберт в своём докладе «Математические проблемы» на II Международном конгрессе математиков (1900) отметил, что поиск доказательства для этой, казалось бы, малозначимой теоремы привёл к глубоким результатам в теории чисел В 1908 году немецкий любитель математики Пауль Вольфскель завещал 100 тыс. немецких марок тому, кто докажет теорему Ферма. Однако после Первой мировой войны премия обесценилась.

В 1980-х годах появился новый подход к решению проблемы. Из гипотезы Морделла, доказанной Фальтингсом в 1983 году, следует, что уравнение при может иметь лишь конечное число взаимно простых решений.


В 1984 году немецкий математик Герхард Фрай доказал, что решение уравнения Ферма, если оно существует, можно включить в некоторое эллиптическое уравнение и предположил, что Великая теорема Ферма является следствием гипотезы Таниямы — Симуры. Это предположение было доказано Кеном Рибетом, который показал, что это гипотетическое уравнение не может иметь двойника среди модулярных форм.

Последний важный шаг в доказательстве теоремы был сделан Уайлсом в сентябре 1994 года. Его 130-страничное доказательство гипотезы Таниямы — Симуры было опубликовано в журнале «Annals of Mathematics».

Первый вариант своего доказательства Уайлс опубликовал в 1993 году (после семи лет работы), но в нём вскоре был обнаружен серьёзный пробел, который с помощью Ричарда Лоуренса Тейлора удалось достаточно быстро устранит. В 1995 году был опубликован завершающий вариант. В 2016 году за доказательство Великой теоремы Ферма Эндрю Уайлс получил Абелевскую премию.

Колин Мак-Ларти отметил, что, возможно, доказательство Уайлса удастся упростить, чтобы не предполагать существования так называемых «больших кардиналов» .
Теорема Ферма также тривиально следует из abc-гипотезы, о доказательстве которой заявил японский математик Синъити Мотидзуки; его доказательство отличается исключительной сложностью. В настоящее время в математическом сообществе нет ясного консенсуса в отношении его работ.

Великая теорема Ферма стала символом труднейшей научной проблемы и в этом качестве часто упоминается в беллетристике. Далее перечислены некоторые произведения, в которых теорема не просто упомянута, но является существенной частью сюжета или идеологии произведения.
В рассказе Артура Порджеса «Саймон Флэгг и дьявол» профессор Саймон Флегг обращается за доказательством теоремы к дьяволу.

По этому рассказу снят игровой научно-популярный фильм «Математик и чёрт» (СССР, 1972, производство Центрнаучфильм, творческое объединение «Радуга», режиссёр Райтбурт).
Александр Казанцев в романе «Острее шпаги» в 1983 году предложил оригинальную версию отсутствия доказательства самого Пьера Ферма.

В телесериале «Звёздный Путь» капитан космического корабля Жан-Люк Пикар был озадачен разгадкой Великой теоремы Ферма во второй половине XXIV века. Таким образом, создатели фильма предполагали, что решения у Великой теоремы Ферма не будет в ближайшие 400 лет. Серия «Рояль» с этим эпизодом была снята в 1989 году, когда Эндрю Уайлс был в самом начале своих работ. В действительности решение было найдено всего спустя пять лет.

Теорема была доказана совсем не давно, и ее доказательство поймет не каждый Тем не менее, даже без вычисления точных значений легко видеть, что равенство неверно: левая часть — нечётное число, а правая часть — чётное.

В первом издании «Искусства программирования» Дональда Кнута теорема Ферма приведена в качестве упражнения с математическим уклоном в самом начале книги и оценена максимальным числом (50) баллов, как «исследовательская проблема, которая (насколько это было известно автору в момент написания) ещё не получила удовлетворительного решения.


Если читатель найдёт решение этой задачи, его настоятельно просят опубликовать его; кроме того, автор данной книги будет очень признателен, если ему сообщат решение как можно быстрее (при условии, что оно правильно)». В третьем издании книги это упражнение уже требует знаний высшей математики и оценивается лишь в 45 баллов.

В книге Стига Ларссона «Девушка, которая играла с огнём»] главная героиня Лисбет Саландер, обладающая редкими способностями к аналитике и фотографической памятью, в качестве хобби занята доказательством Великой теоремы Ферма, на которую она наткнулась, читая фундаментальный труд «Измерения в математике», в котором приводится и доказательство Эндрю Уайлса.

Лисбет не хочет изучать готовое доказательство, а главным интересом становится поиск собственного решения. Поэтому всё своё свободное время она посвящает самостоятельному поиску «замечательного доказательства» теоремы великого француза, но раз за разом заходит в тупик. В конце книги Лисбет находит доказательство, которое не только совершенно отлично от предложенного Уайлсом, но и является настолько простым, что сам Ферма мог бы его найти. Однако после ранения в голову она его забывает, и Ларссон не приводит никаких подробностей этого доказательства.

Мюзикл «Последнее танго Ферма» создан в 2000 году Джошуа Розенблюмом и Джоан Лесснер по мотивам реальной истории Эндрю Уайлса. Главный герой по имени Дэниел Кин завершает доказательство теоремы, а дух самого Ферма старается ему помешать. Мюзикл был представлен в театре York Theatre в Нью-Йорке, затем записан и издан институтом Клэя.

За несколько дней до своей смерти Артур Кларк успел отрецензировать рукопись романа «Последняя теорема», над которой он трудился в соавторстве с Фредериком Полом. Книга вышла уже после смерти Кларка.

профессиональный математик, поэтому Великая теорема Ферма пока не нашла применения, в решениях задач или в быту человека.

23-го июня 1993-го года Уайлс объявляет о доказательстве великой теоремы Ферма. Вот здесь и наступает самый драматический поворот. Сам Уайлс в процессе общения с рецензентами обнаруживает у себя пробел в доказательстве. Проходит еще один год напряженной работы. И вот новое испытание. Не доведенный до конца. Но все же впечатляющий результат работы Уайлса, докладывается им на международном конгрессе математиков в Цюрихе в конце августа 1994 года.

Перед докладом он еще что-то пишет, пытаясь максимально улучшить ситуацию с «провисшим» доказательством. Вспышка озарения настигла Уайлса 19-го сентября 1994 года. Именно в этот день пробел в доказательстве удалось закрыть. Далее дела пошли в стремительном темпе. Уже налаженное сотрудничество с Ричардом Тейлором при изучении эйлеровых систем Ковылагина и Тэйна позволило окончательно оформить доказательство в виде двух больших статей уже в октябре.

История доказательства Уайлса получила в США восторженную прессу. Был снят фильм и выпущены книги об авторе фантастического прорыва в математике. В одной из оценок своего собственного труда Уайлс отметил, что он изобрел математику будущего.

Специфичная организация работы над теоремой Уайлс шел к своему фантастическому результату на основе непрерывной многолетней индивидуальной работы. Такая деятельность вне общества, казалась противоречащей всем канонам работы современного ученого. Именно этот стиль работы, замкнутый по форме и одновременно свободный по сути, позволял изобретать новые мощные методы и получать результаты нового уровня.

Таким образом, деятельность Уайлса носила ярко выраженный внесистемный характер, и результат был достигнут благодаря сильнейшей мотивации, таланту, творческой свободе, воле. Более чем благоприятным материальным условиям для работы в Принстоне и, что крайне неважно, взаимопониманию в семье.
Особенности реакции математического сообщества на доказательство теоремы Реакция даже самой прогрессивной части международного математического сообщества в целом оказалась, как ни странно, довольно нейтрально. Ни одна из бюрократических структур, организующих науку в разных странах, включая и Россию, так и не сделала из феномена доказательства Эндрю Уайлса.

Субъективные факторы нейтральности реакции математического мира на «событие тысячелетия» лежат во вполне прозаичных причинах. Доказательство действительно необычайно сложное и длинное. Сложность восприятия усиливается еще тем, что арифметическая алгебраическая геометрия – весьма экзотическая подобласть математики, вызывающая трудности даже у профессиональных математиков.

Доказательство теоремы Ферма Теорема Ферма-это утверждение о целых точках обычного трехмерного евклидова пространства. Уайлс находит оптимальный механизм пересчета целых точек и их тестирования на удовлетворение уравнению теоремы Ферма. Механизм пересчета оптимизируется с помощью замечательной находки немецкого математика Герхарда Фрея, связавшим потенциальное решение уравнения Ферма с произвольным показателем «n» с другим уравнением.

Это новое уравнение задается специальной кривой. y²+x (x-a) (x+b)= 0 Но таких кривых не существует при n>2. В этом случае следовала бы великая теорема Ферма. Теперь посмотрим на кривую Фрея с другой стороны, как на инструмент пересчета целых точек в евклидовом пространстве. Следовательно, кривая будет играть роль формулы.


Уайлс изобретает инструменты (специальные алгебраические конструкции) для контроля этого пересчета. Тонкий инструментарий Уайлса и составляет центральное ядро и основную сложность доказательства. Самым неожиданным эффектом доказательства оказывается достаточность использования только одной «фреевской» кривой. Самое главное в том, что эти инструменты «минимальны», те есть их нельзя упростить. Именно осознание Уайлсом этой нетривиальной «минимальности» и стало решающим финальным шагом доказательства.

Кривая Фрея «кодирует» наиболее красивый с эстетической точки зрения пересчет целых точек в пространстве, напоминающий движение по винтовой лестнице. Если следить за кривой, которую заметает некоторая точка сферы за один период, то обнаружится, что отмеченная точка заметет кривую, изображенную на рисунке, напоминающую «двойную пространственную синусоиду»- пространственный аналог графика.

Этот и есть график нашего тестирующего пересчета. Решающим моментом интерпретации оказывается о обсоятельство. Что аналогом закона сохранения для малой теоремы Ферма оказывается уравнение Большой теоремы Ферма именно в случае n=2.

Редукции Ферма и Уайлса соответствует приведение законов сохранения пересчета точек к закону простейшего вида. Этот простейший пересчет как геометрически, так и алгебраически представляется качением именно сферы по плоскости.

Поскольку сфера и плоскость – «минимальные» двумерные геометрические объекты. На рисунке линейное движение центра сферы «считает» целые очки на плоскости, а ее угловое (или вращательное) движение обеспечивает пространственный компонент пересчета.


Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Партнеры и статистика