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卡塔兰猜想

已解决,2002年算术与数论
问题陈述

当整数 x,y,a,bx, y, a, b 满足 a,b>1a, b > 1 时,方程 xa−yb=1x^a - y^b = 1 的唯一解是 x=3,a=2,y=2,b=3x=3, a=2, y=2, b=3——即 32−23=13^2 - 2^3 = 1,因此8和9是正整数完全幂中唯一相邻的一对。

欧仁·夏尔·卡塔兰在1844年致克雷尔杂志的一封信中提出了这一猜想,起因是他注意到在较小的数中,8和9似乎是唯一一对相邻的完全幂。进展十分缓慢:1976年,罗伯特·泰德曼运用贝克关于对数线性形式的理论证明,若除 32−23=13^2-2^3=1 外还存在其他解,则指数 aa 与 bb 都必须被一个明确的(天文数字般巨大的)常数所界定,从而把问题归约为一个有限但计算上完全不可行的搜索。普雷达·米哈伊列斯库在2002年找到了最终的纯代数论证,利用分圆域与维费里希对的性质证明不存在其他解,而无需依赖泰德曼那个巨大的数值上界;该结果现在称为米哈伊列斯库定理。

卡塔兰猜想是关于完全幂的更一般问题中 k=1k=1 的特殊情形:皮莱猜想(1931年)问,对每个固定的正整数 kk,恰好相差 kk 的完全幂对是否只有有限多个;尽管 k=1k=1 的情形如今已成为定理,这一一般性问题依然悬而未决。该方程还可推广为费马–卡塔兰猜想(结合费马大定理与卡塔兰猜想,探讨 xa+yb=zcx^a+y^b=z^c 在满足 1/a+1/b+1/c<11/a+1/b+1/c<1 时的整数解),该猜想仍未解决,并与abc猜想有关。

参考文献

  1. Preda Mihăilescu (2004). Primary cyclotomic units and a proof of Catalan's conjecture · DOI:10.1515/crll.2004.048
  2. Robert Tijdeman (1976). On the equation of Catalan
  3. René Schoof (2008). Catalan's Conjecture