Чудеса арифметики от Пьера Симона де Ферма

p

…p

=p

(p

p

…p

)

=p

N

Теперь становится очевидно, что число c

раскладывается на a

+b

только в том случае, если хотя бы одно из чисел p

также раскладывается на сумму двух квадратов[50 - Если c

= p

N

и p

, (а также любой другой p

из простых множителей c), не раскладывается на сумму двух квадратов, т.е. p

=q

+r, где число r не есть квадрат, то c

=p

(q

+r)= (pq)

+p

r, и здесь во всех вариантах чисел q и r получится, что p

r тоже не есть квадрат, тогда число c

также не может быть суммой двух квадратов.]. Так ведь это же замкнутый круг, поскольку нужно опять число в квадрате разложить на сумму двух квадратов. Но ситуация уже совсем иная, т.к. теперь-то нужно раскладывать простое число в квадрате и это обстоятельство становится основой для решения поставленной задачи.

Если решение возможно, то должны существовать такие простые числа, которые раскладываются на сумму двух квадратов и только в этом случае в соответствии с тождеством пифагорейцев можно получить:

p

= (x

+y

)

= (x

?y

)

+ (2xy)

т.е. квадрат такого простого числа будет также суммой двух квадратов. Отсюда появляется поистине грандиозное научное открытие Ферма[51 - Это открытие впервые изложено в письме Ферма к Мерсенну от 25.12.1640 г. Здесь же в п. 2-30 сообщается: «Это же число, (простое типа 4n+1), будучи гипотенузой одного прямоугольного треугольника, будет в квадрате гипотенузой двух, в кубе – трех, в биквадрате – четырех и т.д. до бесконечности». Это удивительная и совершенно не свойственная Ферма невнимательность. Ведь верное утверждение дано в соседнем абзаце, (п. 2-20). То же самое повторено в замечании Ферма к комментарию Баше к задаче 22 книги III «Арифметики» Диофанта. Но здесь сразу же после этого явно ошибочного утверждения следует верное: «Это же простое число и его квадрат только одним способом разлагаются на два квадрата; его куб и биквадрат – двумя; квадрато-куб и кубо-куб – тремя и т.д. до бесконечности». В этом письме Ферма, видимо, ощущал, что здесь что-то не так, поэтому добавил такую фразу: «Я пишу Вам в такой спешке, что не обращаю внимания на то, что есть ошибки, и опускаю много вещей, о которых я Вам подробно расскажу в другой раз». Это, конечно, не та ошибка, которая могла бы иметь серьезные последствия, но факт заключается в том, что эта ляпа тиражируется в печатных изданиях и в Интернете уже четвертое столетие подряд! Выходит, что бесчисленное количество публикаций работ Ферма никто ещё ни разу внимательно не читал, ведь иначе появилась бы ещё одна его задача, которая явно не имела бы никакого решения.]:

Все простые числа типа 4n+1 единственным образом раскладываются на сумму двух квадратов, т.е. уравнение p=4n+1=x

+y

имеет единственное решение в целых числах. А все остальные простые числа, относящиеся к типу 4n?1, не могут быть разложены таким же образом.

В письме-завещании Ферма показано, как это может быть доказано методом спуска. Однако доказательство Ферма не сохранилось и эту задачу решил Эйлер, которому пришлось для этого в течение целых семи лет задействовать всю свою интеллектуальную мощь[52 - Доказательство Эйлера неконструктивно, т.е. оно не дает метода вычисления двух квадратов, из которых состоит простое число типа 4n+1. Пока у этой задачи есть только решение Гаусса, но оно получено в рамках очень сложной системы «Арифметики вычетов». Решение, о котором сообщал Ферма, до сих пор остаётся неизвестным. Впрочем, см. комментарий 161.]. Теперь уже решение задачи Диофанта выглядит очевидным. Если среди простых множителей числа c нет ни одного относящегося к типу 4n+1, то и число c

не может быть разложено на сумму двух квадратов. А если хотя бы одно такое число p

есть, то через тождество пифагорейцев можно получить:

c

= N

p

= (Nx)

+(Ny)

где x= u