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古今數學解密:引發數學界震蕩的丟番圖《算術》

1621年巴黎出版的譯本,引發了困擾數學界近300年的費馬的著名邊注「費馬大定理」費馬曾在第11卷第8命題旁寫道:「將一個立方數分成兩個立方數之和,或一個四次冪分成兩個四次冪之和,或者一般地將一個高於二次的冪分成兩個同次冪之和,這是不可能的。關於此,我確信已發現了一種美妙的證法 ,可惜這裡空白的地方太小,寫不下。」這正是費馬在讀丟番圖《算術》時引發的數學界震蕩。

古今數學解密:引發數學界震蕩的丟番圖《算術》

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公元1世界至6世紀,是希臘數學史山所謂的「亞歷山大後期」這一時期最重要的發展,是突破以前以幾何為中心的傳統,使得算術與代數成為獨立的學科,這方面最有代表性的數學家無疑是丟番圖。關於丟發圖的生平我們知致甚少,據幾種史料可推斷他大約公元250年前後活動於亞歷山大城,丟番圖主要著作《算術》,創用了一套縮寫記號,被視為代數符號之濫觴。《算術》尤以不定方程問題的求解而著稱,以致今日數論與代數中將只求整數解的整係數不定方程稱為「丟番圖方程」。17世紀費馬等人的數論研究,都受到丟番圖《算術》的影響。

古今數學解密:引發數學界震蕩的丟番圖《算術》

《算術》是一本問題集,解題方法巧妙多樣。該書丟番圖自序稱全書共13卷,但1464年發現的希臘文本僅存6卷,1973年在伊朗境內又發現4卷阿拉伯文手抄本。專家鑒定應屬於原著的4,5,6,7卷(含有101個問題),而先前的希臘文本則為第1,2,3,8,9,10(含有189個問題)。

以下選自《算術》中的部分問題。

Ⅱ卷8題:

將一個已知的平方數分為兩個平方數

設將16分為兩個平方數。

令第一個平方數等於x^2,則另一個平方數為16-x^2,

取一個正方形,形如(mx-4)^2,其中m是任意整數,4是16的平方根,不妨設其邊為2x-4,正方形本身為4x^2+16-16x,因此應有4x^2+16-16x=16-x^2,可得5x=16x^2,則x=16/5

所以所求兩個數,一個是256/25,一個是144/25, 兩者之和就是16,且每一個都是平方數。

Ⅳ卷3題:

求兩個平方數,使其和是一個立方數

設較小的平方數是x^2,較大的平方數是4x^2,二者之和為5x^2,它必須等於一個立方數,令該立方數的立方根是x的任一倍數,不妨就設為x,則此立方數為x^3,所以x^3=5x^2。可得x=5,所以較小的平方數是25,較大的平方數是100,二者之和是125,125正好是5的立方數。

Ⅳ卷9題

求兩個立方數,它們構成一個平方數

這個問題留給讀者自己解答,會發現丟番圖《算術》非常有趣,可作為數學愛好者的讀本,這也直接導致現代代數學和數論的誕生。

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