Wielkie Twierdzenie Fermata: Twierdzenie teorii liczb naturalnych

Ten artykuł od 2023-06 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł. Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do źródeł. Dodanie listy źródeł bibliograficznych jest problematyczne, ponieważ nie wiadomo, które treści one uźródławiają. Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary) Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

dla liczby naturalnej ${\displaystyle n>2}$ nie istnieją takie liczby naturalne dodatnie ${\displaystyle x,y,z,}$ które spełniałyby równanie ${\displaystyle x^{n}+y^{n}=z^{n}.}$

Równanie to jest znane jako równanie Fermata. Pierre de Fermat zanotował to twierdzenie na marginesie łacińskiego tłumaczenia książki Arithmetica Diofantosa i opatrzył następującą uwagą:

znalazłem zaiste zadziwiający dowód tego twierdzenia. Niestety, margines jest zbyt mały, by go pomieścić,

lub w innej wersji:

Jest niemożliwe rozłożyć sześcian na dwa sześciany, czwartą potęgę na dwie czwarte potęgi i ogólnie potęgę wyższą niż druga na dwie takie potęgi; znalazłem naprawdę zadziwiający dowód tego, jednak margines jest za mały, by go pomieścić.

 

Twierdzenie zostało sformułowane przez Fermata w roku 1637. Opublikowano je dopiero w roku 1670, po odnalezieniu go w pozostałych po śmierci pismach Fermata, i z miejsca stało się wyzwaniem dla kolejnych pokoleń matematyków – wiadomo bowiem było, że wiele twierdzeń formułowanych przez Fermata okazało się prawdziwymi, a ich dowody zostały znalezione przez innych. To jedno przez ponad 300 lat opierało się próbom dowodu w ogólności, znane były dowody szczególnych przypadków. Dlatego też nazwane zostało ostatnim twierdzeniem Fermata.

Dowód ostatecznie został przeprowadzony przez angielskiego matematyka Andrew Johna Wilesa dopiero w roku 1994, co było jedną z największych sensacji naukowych XX wieku. Zajmował ok. 100 stron A4 i wyrażony był w języku topologii i krzywych eliptycznych.

W rzeczywistości dowód twierdzenia Fermata przeprowadzony przez Wilesa ma dosyć długą historię, a jego głównymi elementami było postawienie w 1955 przez Taniyamę pewnych pytań na temat funkcji eliptycznych, jego późniejsze prace wraz z Shimurą i postawiona przez nich hipoteza Shimury-Taniyamy. W 1986 udowodniono, że istnieje związek między tą hipotezą a twierdzeniem Fermata. Późniejsze prace matematyków pokazały, że gdyby twierdzenie Fermata było fałszywe, to i hipoteza Shimury-Taniyamy byłaby fałszywa.^{[potrzebny przypis]}

Wiles na wykładach w dniach 21, 22 i 23 lipca 1993 przedstawił dowód tej hipotezy w kilku przypadkach, w tym wymaganych do udowodnienia wielkiego twierdzenia Fermata. W roku 1995 Wiles opublikował dowód wielkiego twierdzenia Fermata na łamach Annals of Mathematics.

Wielu matematyków nadal szuka dowodu Wielkiego Twierdzenia Fermata na bazie teorii liczb. Istnieją dowody dla wybranych n podane przez takich matematyków jak Euler (n = 3), Dirichlet (n = 5, n = 14), Lamé (n = 7) i inni. Późniejsze prace innych matematyków i obliczenia numeryczne pozwoliły udowodnić wielkie twierdzenie Fermata dla wszystkich n < 1 000 000.

Wielkie twierdzenie Fermata zostało wspomniane w serialu Star Trek: Następne pokolenie, w dwunastym odcinku drugiego sezonu zatytułowanym „The Royale”. Kapitan Jean-Luc Picard zastanawiał się nad dowodem tego twierdzenia w ramach gimnastyki umysłowej. Autorzy scenariusza tego odcinka, który został nakręcony w 1989 roku, zakładali, że dowód tego twierdzenia nie został odnaleziony aż do momentu, w którym dzieje się akcja serialu, czyli do drugiej połowy XXIV wieku. Było to zgodne z podejrzeniami wielu matematyków, uważających, że ten dowód nigdy w ogóle nie istniał. Opublikowanie w 1995 roku przez Andrew Johna Wilesa dowodu zostało jednak zauważone przez twórców seriali Star Trek, którzy w jednym z odcinków Star Trek: Stacja kosmiczna (Facets) wyprodukowanym w połowie 1995 roku, umieścili wzmiankę o samym Wilesie, wplatając wątek szukania dowodu na wielkie twierdzenie Fermata we wspomnienia jednej z postaci – Jadzii Dax.

O ostatnim twierdzeniu Fermata wspomina również Stieg Larsson w swojej powieści kryminalnej Dziewczyna, która igrała z ogniem z serii Millennium. Główna bohaterka Lisbeth Salander, o umyśle co najmniej nieprzeciętnym, próbuje dowieść prawdziwości tego twierdzenia.

W literaturze polskiej o wielkim twierdzeniu Fermata wspomniano w powieści dla młodzieży Kornela Makuszyńskiego Szatan z siódmej klasy. Jeden z głównych bohaterów, Iwo Gąsowski, matematyk amator, usiłuje znaleźć dowód na prawdziwość tego twierdzenia.

Ostatniemu twierdzeniu Fermata została również poświęcona książka S-F Arthura C. Clarke’a i Frederika Pohla Ostatnie twierdzenie. W książce bohater, Ranjit Subramanian, młody Lankijczyk, zainteresował się tym twierdzeniem i usiłuje dojść do odtworzenia oryginalnego dowodu, o którym Fermat napisał na marginesie. W książce jest wspomniane o dowodzie Wilesa, lecz Subramanian uważał, że dowód na nieistnienie sumy tych samych potęg wywodzących się z potęg boków przyprostokątnych trójkąta prostokątnego jest dużo prostszy niż dowód Wilesa.

Simon Singh w książce The Simpsons and Their Mathematical Secrets wskazuje na nawiązania do wielkiego twierdzenia Fermata występujące w serialu The Simpsons, gdzie przedstawione są nieprawdziwe, ale uprawdopodobnione równania obalające wielkie twierdzenie Fermata (np. „3987¹² + 4365¹² = 4472¹²”). Te wzmianki zostały umieszczone w tle serialu przez pracujących przy jego produkcji matematyków.

• małe twierdzenie Fermata

• Amir D. Aczel: Wielkie twierdzenie Fermata. Rozwiązanie zagadki starego matematycznego problemu. Warszawa: Prószyński i S-ka, 1998.brak strony w książce

• Eric W.E.W. Weisstein Eric W.E.W., Fermat's Last Theorem, [w:] MathWorld, Wolfram Research  (ang.). [dostęp 2023-06-18].
•   Fermat's last theorem (ang.), Encyclopedia of Mathematics, encyclopediaofmath.org, [dostęp 2023-06-18].