解法:怀尔斯利用泰勒–怀尔斯方法给出的模性证明(1994年)
通俗地说
对于平方情形, 有无穷多组整数解,即熟悉的毕达哥拉斯三元组。费马在1637年断言,一旦指数升至 或更高,就不再存在任何正整数解。
与其逐个检验无穷多个指数,只需一个简单的幂次重组就能看出:复合指数的任何反例都会自动给出 或某个奇素数 的反例。由于费马本人解决了 ,莱昂哈德·欧拉解决了 ,这个跨越350年的难题就完全归约为奇素数 的情形。
费马大定理断言:当 时,方程 没有非零整数解。反证法证明从一个纯初等的规范化开始:只需排除指数 和奇素数 ,且可以取解为两两互素(Wiles 1995,第443页)。
事实上,每个整数 都能被 或某个奇素数 整除。写成 或 ,一个假想的解 可改写为 或 ,因此任何反例都能转移到这些指数之一。费马在1660年前后以无穷递降法解决了 —— 假想解会产生一个严格更小的解,与正整数的良序性矛盾 —— 欧拉在1770年前以 中的递降法解决了 (其中一处缺口后来由勒让德补上)。互素条件不费分文:任何整除 中两个数的素数 必整除第三个,因此将三元组除以 即得同一方程的一个两两互素解。
剩下的数据 —— 一个素数 和满足 的两两互素非零整数 —— 正是第2步弗雷构造所需的输入:条件 在引用关于 的塞尔不可约定理时至关重要,而互素性正是把第3步的判别式计算逼入其刚性 次幂形态的因素。
- 两两互素的整数
- 如果整数 中任意两个都没有公共素因子(),则称它们两两互素。在 中,任意两项共有的素因子必然整除第三项,因此约去公因子后总能得到两两互素的三元组。
- 无穷递降法
- 费马发明的一种证明方法:从假想存在的正整数解出发,构造出一个严格更小的正整数解。由于正整数不可能无限递减,最初的解根本不可能存在。