home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / sci-math-faq / FLT / Fermat next >
Encoding:
Text File  |  1995-11-19  |  5.8 KB  |  150 lines

  1. Newsgroups: sci.math,sci.answers,news.answers
  2. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!crl.dec.com!caen!sol.ctr.columbia.edu!news.uoregon.edu!mayonews.mayo.edu!newsdist.tc.umn.edu!umn.edu!spool.mu.edu!torn!watserv3.uwaterloo.ca!undergrad.math.uwaterloo.ca!neumann.uwaterloo.ca!alopez-o
  3. From: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  4. Subject: sci.math FAQ: Did Fermat prove FLT?
  5. Summary: Part 8 of many, New version,
  6. Originator: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca
  7. Message-ID: <DI76Jr.GFq@undergrad.math.uwaterloo.ca>
  8. Sender: news@undergrad.math.uwaterloo.ca (news spool owner)
  9. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  10. Date: Fri, 17 Nov 1995 17:14:15 GMT
  11. Expires: Fri, 8 Dec 1995 09:55:55 GMT
  12. Reply-To: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca
  13. Nntp-Posting-Host: neumann.uwaterloo.ca
  14. Organization: University of Waterloo
  15. Keywords: Fermat Last Theorem
  16. Followup-To: sci.math
  17. Lines: 130
  18. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.math:124632 sci.answers:3460 news.answers:57911
  19.  
  20. Archive-Name: sci-math-faq/FLT/Fermat
  21. Last-modified: December 8, 1994
  22. Version: 6.2
  23.  
  24.  
  25. Did Fermat prove this theorem?
  26.  
  27.  
  28.  
  29.    No he did not. Fermat claimed to have found a proof of the theorem at
  30.    an early stage in his career. Much later he spent time and effort
  31.    proving the cases n = 4 and n = 5 . Had he had a proof to his theorem,
  32.    there would have been no need for him to study specific cases.
  33.  
  34.    Fermat may have had one of the following ``proofs'' in mind when he
  35.    wrote his famous comment.
  36.  
  37.      * Fermat discovered and applied the method of infinite descent,
  38.        which, in particular can be used to prove FLT for n = 4 . This
  39.        method can actually be used to prove a stronger statement than FLT
  40.        for n = 4 , viz, x^4 + y^4 = z^2 has no non-trivial integer
  41.        solutions. It is possible and even likely that he had an incorrect
  42.        proof of FLT using this method when he wrote the famous
  43.        ``theorem''.
  44.      * He had a wrong proof in mind. The following proof, proposed first
  45.        by Lame' was thought to be correct, until Liouville pointed out
  46.        the flaw, and by Kummer which latter became and expert in the
  47.        field. It is based on the incorrect assumption that prime
  48.        decomposition is unique in all domains.
  49.  
  50.        The incorrect proof goes something like this:
  51.  
  52.        We only need to consider prime exponents (this is true). So
  53.        consider x^p + y^p = z^p . Let r be a primitive p -th root of
  54.        unity (complex number)
  55.  
  56.        Then the equation is the same as:
  57.  
  58.        (x + y)(x + ry)(x + r^2y)...(x + r^(p - 1)y) = z^p
  59.  
  60.        Now consider the ring of the form:
  61.  
  62.        a_1 + a_2 r + a_3 r^2 + ... + a_(p - 1) r^(p - 1)
  63.  
  64.        where each a_i is an integer
  65.  
  66.        Now if this ring is a unique factorization ring (UFR), then it is
  67.        true that each of the above factors is relatively prime.
  68.  
  69.        From this it can be proven that each factor is a p th power from
  70.        which FLT follows. This is usually done by considering two cases,
  71.        the first where p divides none of x , y , z ; the second where p
  72.        divides some of x , y , z . For the first case, if x + yr = u*t^p
  73.        , where u is a unit in Z[r] and t is in Z[r] , it follows that x =
  74.        y (mod p) . Writing the original equation as x^p + (-z)^p = (-y)^p
  75.        , it follows in a similar fashion that x = -z (mod p) . Thus 2*x^p
  76.        = x^p + y^p = z^p = -x^p (mod p) which implies 3*x^p = 0 (modp)
  77.        and from there p divides one of x or 3|x . But p > 3 and p does
  78.        not divides x ; contradiction. The second case is harder.
  79.  
  80.        The problem is that the above ring is not an UFR in general.
  81.  
  82.  
  83.  
  84.    Another argument for the belief that Fermat had no proof -and,
  85.    furthermore, that he knew that he had no proof- is that the only place
  86.    he ever mentioned the result was in that marginal comment in Bachet's
  87.    Diophantus. If he really thought he had a proof, he would have
  88.    announced the result publicly, or challenged some English
  89.    mathematician to prove it. It is likely that he found the flaw in his
  90.    own proof before he had a chance to announce the result, and never
  91.    bothered to erase the marginal comment because it never occurred to
  92.    him that anyone would see it there.
  93.  
  94.    Some other famous mathematicians have speculated on this question.
  95.    Andre Weil, writes:
  96.  
  97.      Only on one ill-fated occasion did Fermat ever mention a curve of
  98.      higher genus x^n + y^n = z^n , and then hardly remains any doubt
  99.      that this was due to some misapprehension on his part [ ... ] for a
  100.      brief moment perhaps [ ... ] he must have deluded himself into
  101.      thinking he had the principle of a general proof.
  102.  
  103.  
  104.  
  105.    Winfried Scharlau and Hans Opolka report:
  106.  
  107.      Whether Fermat knew a proof or not has been the subject of many
  108.      speculations. The truth seems obvious ... [Fermat's marginal note]
  109.      was made at the time of his first letters concerning number theory
  110.      [1637] ... as far as we know he never repeated his general remark,
  111.      but repeatedly made the statement for the cases n = 3 and 4 and
  112.      posed these cases as problems to his correspondents [ ... ] he
  113.      formulated the case n = 3 in a letter to Carcavi in 1659 [ ... ] All
  114.      these facts indicate that Fermat quickly became aware of the
  115.      incompleteness of the [general] ``proof" of 1637. Of course, there
  116.      was no reason for a public retraction of his privately made
  117.      conjecture.
  118.  
  119.  
  120.  
  121.    However it is important to keep in mind that Fermat's ``proof"
  122.    predates the Publish or Perish period of scientific research in which
  123.    we are still living.
  124.  
  125.  
  126.  
  127.    References
  128.  
  129.    From Fermat to Minkowski: lectures on the theory of numbers and its
  130.    historical development. Winfried Scharlau, Hans Opolka. New York,
  131.    Springer, 1985.
  132.  
  133.  
  134.  
  135.    Basic Number Theory. Andre Weil. Berlin, Springer, 1967
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.      _________________________________________________________________
  143.  
  144.  
  145.  
  146.     alopez-o@barrow.uwaterloo.ca
  147.     Tue Apr 04 17:26:57 EDT 1995
  148.  
  149.  
  150.