费尔马大定理的命题为:方程an+ bn= cn在 a、b、c、n都是非零正整数的情况下,n的值只能是1和2。
根据费尔马大定理的表达式可知:费尔马大定理成立的必要条件是:三个数a、b、c较小两个数的和等于或大于第三个数,否则费尔马大定理无解。较小两个数之和等于第三个数,即c=a+b,n取1,a,b,c可以为正整数无须证明。
三个数的关系,当较小两个数之和大于第三个数,这三个数一定能构成三角形,也就是是说,以这三个数为边长一定能构成三角形。依据费尔马大定理的命题,这三条边不能相等,也就是说,不能为等边三角形,一定是不等边三角形,假设不等边三角形最大边c,也就是说费尔马大定理c可以根据余弦定理确定,c2= a2+ b2- 2ab cosθ,θ是三角形c边所对的角,显然θ一定大于60度小于180度,由于c是不等边三角形的最大边,所以c边一定大于( a ^2+ b^ 2 - ab )^1/2。当θ等于90度,费尔马大定理的命题是勾股定理:c2= a2+ b2,所以n=2费尔马大定理的命题得以证明。
将余弦定理思想推广到一般,根据余弦定理得:c2= a2+ b2- 2ab cosθ,两边开方得:c=( a2+ b2- 2ab cosθ)1/2,再两边n次方得余弦定理的推广,cn=( a2+ b2- 2ab cosθ)n/2,cn就是费尔马大定理:an+ bn= cn的c^n,那么n大于2时,:an+ bn和( a2+ b2- 2ab cosθ)n/2能相等吗?结论是不能。
将an+ bn= cn两边平方得:(an+ bn)2= c2n,所以 c2n=( a2+ b2- 2ab cosθ)n,比较(an+ bn)2和( a2+ b2- 2ab cosθ)n。令y1=(an+ bn)2,y2=( a2+ b2- 2ab cosθ)^n,显然y1是幂函数,y2是指数函数,根据指数函数和幂函数的特点,当指数函数底数等于幂函数底数时,这两个函数变化的过程中,当指数函数的值等于幂函数的值时,即y1=y2时,自变量n在变大时,不在存在指数函数的值等于幂函数值的情况,而是指数函数的值爆炸增大,会远远大于幂函数的值。由于幂函数y1=(an+ bn)2和指数函数y2=( a2+ b2- 2ab cosθ)n,在θ等于90度、n=2时相等,保持θ等于90度不变,所以当n大于2,y1绝对不会等于y2,即(an+ bn)2绝对不会等于( a2+ b2)n,而是( a2+ b2)n会远远大于(an+ bn)2,y1、y2两边开平方得:y11=an+ bn,y21=cn=( a2+ b2)n/2,即当n大于2时( a2+ b2)n/2远远大于an+ bn,据此容易得出:θ大于90度小于180度,当n大于2时( a2+ b2+d )n/2远大于an+ bn,d大于零,也就是说,θ大于等于90度小于180度,当n大于2时“cn= an+ bn”的n无解。
当n大于2时,其实,θ角度不是90度,θ必然大于60度小于90度,才可能成立。因为(a ^n+ b^n)一定是正整数,θ大于60度小于90度 , 余弦定理的推广得:c^n=( a ^2+ b^ 2 - 2abcosθ)^n/2必须是整数才有可能成立,只有(a ^2+ b^ 2 - 2ab cosθ)是一个完全平方数才可能成立,c^n=( a ^2+ b^ 2 - 2ab cosθ)^n/2,分析c^n是整数的条件:由于a、b是非零正整数,即(a ^2+ b^ 2 - 2ab)是一个完全平方数,c^n才是整数。有,且只有cosθ=±1,等于(a±b)^2是一个完全平方数,此时θ等于180或0度,与约束条件θ大于60度小于90度矛盾,在三角形三边的约束下,( a ^2+ b^ 2 - 2ab cosθ )=d^2,d是不存在的,它不可能是一个数的平方,平方是开平方的逆运算,也就不可能是一个数的开平方,其实,这个数理解为实数,只说平方就可以了。也就是说,n大于2时,c^n不可能是整数。即a^n + b^n必然是整数,而c^n=( a ^2+ b^ 2 - 2ab cosθ)^n/2必然不是整数,不是整数不可能等于整数,所以当n大于2时,a^n + b^n = c^n,n无解。
结论:方程“an+ bn= cn”在 a、b、c、n都是非零正整数的情况下,n的值只能是1和2,费尔马大定理的命题证明完毕。
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