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解法: 円分体を用いたミハイレスクによるカタラン予想の証明(2002年)

ステップ 5/7: 有限の計算と Tijdeman により p≡1(modq)p\equiv1\pmod q が排除される
ざっくり言うと

ある特定の場合が、危険であると同時に幸運にも扱い可能であることが判明する:もし pp がたまたま qq を法として 11 に合同であれば、後の代数的な議論のいくつかが破綻してしまう。ミハイレスクは先に進む前に、この場合を完全に排除する必要があった。

彼は、ステップ3の Tijdeman の対数形式の手法と、ステップ4のヴィーフェリッヒの関係式、そして(Bilu の報告によれば約1分の計算という)控えめで真に有限なコンピュータ検証を組み合わせることで、p≡1(modq)p\equiv1\pmod q とカタランの方程式の解が両立することは単に不可能であることを示した。

p≢1(modq)p \not\equiv 1\pmod{q}
詳しい解説

ミハイレスクの証明は、後で繰り返し使われる技術的な前提条件として、カタランの方程式のいかなる解に対しても p≢1(modq)p\not\equiv1\pmod q であるという事実を必要とする(Bilu 2004年、第4節、定理4.1)。逆に p≡1(modq)p\equiv1\pmod q を仮定すると、ステップ4のヴィーフェリッヒの関係式によりこれは p≡1(modq2)p\equiv1\pmod{q^2} へと強化される。pp は奇数であるから、これは p=q2+1p=q^2+1 と p=3q2+1p=3q^2+1 を排除し、p=2q2+1p=2q^2+1 はそのとき 33 で割り切れることから排除され(Mignotte による観察)、p>4q2+1p>4q^2+1 が残る(Bilu 2004年、第4.5節)。

一方、Tijdeman の不等式の明示的な精密化(二変数対数形式に関するより鋭い Laurent–Mignotte–Nesterenko の上界による)は、q>28000q>28000 であるとき常に p≤4q2p\le 4q^2 を示す(Bilu 2004年、第4.5節、命題4.5.1)——これは p>4q2+1p>4q^2+1 と直接矛盾する。これにより、確認すべき小さな q≤28000q\le 28000 が有限個しか残らず、ミハイレスクは短いコンピュータ検証によってこれを行った(Bilu 2004年、注記4.2、約1分間動作する PARI スクリプトを記述)。

p≢1(modq)p\not\equiv1\pmod q(そして同じ論法により対称的に q≢1(modp)q\not\equiv1\pmod p)がこうしてしっかりと確立され、残るすべての二重ヴィーフェリッヒ対を最終的に純粋代数的に排除する舞台が整った。