Lời giải: Chứng minh tính modular của Wiles bằng phương pháp Taylor–Wiles (1994)
Với số mũ hai, phương trình có vô số nghiệm nguyên, chính là các bộ ba Pythagoras quen thuộc. Năm 1637, Fermat khẳng định rằng ngay khi số mũ tăng lên hoặc lớn hơn, không còn một nghiệm nguyên dương nào tồn tại.
Thay vì kiểm tra từng số mũ trong vô hạn trường hợp, một phép nhóm lũy thừa đơn giản cho thấy mọi phản ví dụ ở hợp số đều tự động sinh ra một phản ví dụ cho hoặc cho một số nguyên tố lẻ . Vì chính Fermat đã giải quyết trường hợp và Leonhard Euler đã giải quyết , toàn bộ bài toán kéo dài 350 năm thu gọn về các số nguyên tố lẻ .
Định lý lớn Fermat khẳng định rằng không có nghiệm nguyên khác không khi . Chứng minh phản chứng bắt đầu bằng một bước chuẩn hóa thuần túy sơ cấp: chỉ cần loại trừ các số mũ và các số nguyên tố lẻ , với nghiệm được lấy đôi một nguyên tố cùng nhau (Wiles 1995, tr. 443).
Thật vậy, mọi số nguyên đều chia hết cho hoặc cho một số nguyên tố lẻ . Viết hoặc , một nghiệm giả định viết lại thành hoặc , nên mọi phản ví dụ đều chuyển được về một trong các số mũ này. Fermat giải quyết vào khoảng năm 1660 bằng phương pháp lùi vô hạn — một nghiệm giả định sinh ra một nghiệm nhỏ hơn hẳn, mâu thuẫn với tính sắp tốt của các số nguyên dương — và Euler giải quyết trước năm 1770 bằng phép lùi trong (với một chỗ hở sau được Legendre khắc phục). Tính nguyên tố cùng nhau không tốn gì: mọi số nguyên tố chia hai trong ba số đều chia số còn lại, nên chia bộ ba cho cho một nghiệm đôi một nguyên tố cùng nhau của cùng phương trình.
Dữ kiện còn lại — một số nguyên tố và các số khác không đôi một nguyên tố cùng nhau với — chính là đầu vào mà phép dựng Frey ở Bước 2 cần: điều kiện sẽ là thiết yếu khi ta gọi định lý bất khả quy của Serre cho , và tính nguyên tố cùng nhau là thứ ép phép tính biệt thức ở Bước 3 vào dạng lũy thừa cứng nhắc của nó.
- Các số nguyên đôi một nguyên tố cùng nhau
- Các số nguyên được gọi là đôi một nguyên tố cùng nhau nếu không có hai số nào trong chúng có ước nguyên tố chung (). Trong phương trình , bất kỳ ước nguyên tố nào chung của hai số hạng đều tự động chia hết số hạng thứ ba, nên sau khi rút gọn ước chung ta luôn thu được bộ ba đôi một nguyên tố cùng nhau.
- Phương pháp cực hạn lùi vô hạn
- Kỹ thuật chứng minh do Fermat phát minh, trong đó từ một nghiệm nguyên dương giả định ta dựng được một nghiệm nguyên dương nhỏ hơn hẳn. Vì các số nguyên dương không thể giảm mãi vô hạn, nghiệm ban đầu không thể tồn tại.