【比尔猜想进展 比尔猜想的故事】在数学中,有很多重要的“未解之谜”,最知名的是7个千禧难题,它们是:NP完全问题、霍奇猜想、庞加莱猜想、黎曼假设、杨-米尔斯存在性和质量缺口、纳维-斯托克斯方程、BSD猜想,其中庞加莱猜想已被解决 。
庞加莱猜想,拓扑学上的一颗明珠,揭开宇宙形状之谜
然而,还有其他一些问题也是“价值不菲的”,比如比尔猜想,该问题是本文的重点 。比尔是一位著名的银行家,同时也是一位数学爱好者,他声称要为正确解决这个问题的人提供一百万美元的奖金 。

文章插图
互质
如果两个整数n和m的最大公约数是1,则它们就是互质的 。很明显,所有一对(不相等的)质数都是互质整数,但例如(9,4)也是互质整数,因为没有质数能同时整除它们 。
猜想
比尔猜想的内容如下:
设
方程1
其中A,B,C,x,y和z是自然数(正整数) 。如果x、y和z都大于2,那么A、B和C肯定有一个共同的质因数 。
下面是这个方程的例子:
请注意,在这个方程中,所有三个项都有质数3作为因子,因为3能分别除3、6和3 。
理解任何形式的 “如果P那么Q “命题的一个好方法是考虑与之等价的反命题 。反命题的真值和原始命题的真值是一样的,所以反命题的证明会立即证明原始命题(反之亦然) 。
比尔猜想的反命题陈述如下:
假设方程(1)成立,A,B,C,x,y和z是自然数(正整数) 。
如果A、B和C是互质的(即它们不共享一个素因子),那么x、y或z必须是1或2 。
我们可以用比尔猜想的反命题来构造一个方程,迫使该方程在A、B和C互质,以及x、y z大于2的情况下为真 。然后,该猜想指出,这个方程没有自然数的解 。
首先,我们需要贝祖恒等式:
设a和b是有最大公约数d的整数 。那么存在整数x和y,使得ax + by = d 。
贝祖定理的一个推论如下:
设a和b是互质的自然数 。那么存在整数n和m,使得na+mb=1 。
请注意,反之亦然,因为如果存在整数n和m,使得na+mb=1,并且a和b不是互质的,那么它们有一个共同的质因数p,根据质数的定义,这个质因数大于1 。这意味着p能除1,这显然是一个矛盾 。因此,a和b是互质的 。
现在我们可以说明以下情况:
当且仅当存在整数n和m,使得na+mb=1时,a和b是互质的 。
请注意,如果我们知道比尔方程(1)成立,那么 “A、B和C不共享一个共同的质因数 “的说法就等同于A和B是互质的说法 。
这是因为如果A和B有一个共同的质因数p,那么我们可以从(1)的左手边提出这个质因数 。这表明,C^z也有p作为质因数 。所以如果A和B有一个共同的因子,那么它们都有这个因子 。
这句话的反义是:
如果A、B和C没有公因数,且方程(1)成立,则A和B互质 。
现在我们可以把两个方程结合起来,确保它们都通过平方而成立:
如果这个方程有自然数x, y, z, A, B, C和整数n, m的解,那么x, y或z中至少有一个是1或2 。
如果你能证明这一点,那么你将得到一百万美元 。
与费马最后定理的联系?
要得到一百万美元并不容易 。首先,证明需要发表在AMS认可的同行评议的杂志上 。事实证明,比尔猜想是费马大定理(FLT)的一个概括 。费马大定理指出,对于n≥3的方程,没有自然数解:
n≥3 。
费马大定理花了数学家350年的时间来证明,而证明过程漫长、复杂,依赖于现代专业数学 。事实上,这个证明是如此复杂,以至于这个星球上只有少数人能理解它 。
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