四个大定理教材

费马大定理：当整数n>2时，关于x,y,z的不定方程x^n+y^n=z^n.的整数解都是平凡解，即当n是偶数时：(0,±m,±m)或(±m,0,±m)(补充：(0，0，0)是其中一个特殊解2008年由赵浩杰提出)当n是奇数时：(0,m,m)或(m,0,m)或(m,-m,0)这个定理，本来又称费马最后定理，由17世纪法国数学家费马提出，而当时人们称之为“定理”，并不是真的相信费马已经证明了它。虽然费马宣称他已找到一个绝妙证明，但经过三个半世纪的努力，这个世纪数论难题才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁·怀尔斯和他的学生理查·泰勒于1995年成功证明。证明利用了很多新的数学，包括代数几何中的椭圆曲线和模形式，以及伽罗华理论和Hecke代数等，令人怀疑费马是否真的找到了正确证明。而安德鲁·怀尔斯(AndrewWiles)由于成功证明此定理，获得了1998年的菲尔兹奖特别奖以及2005年度邵逸夫奖的数学奖。研究历史1637年，费马在阅读丢番图《算术》拉丁文译本时，曾在第11卷第8命题旁写道：“将一个立方数分成两个立方数之和，或一个四次幂分成两个四次幂之和，或者一般地将一个高于二次的幂分成两个同次幂之和，这是不可能的。关于此，我确信已发现了一种美妙的证法，可惜这里空白的地方太小，写不下。”(拉丁文原文:"Cuiusreidemonstrationemmirabilemsanedetexi.Hancmarginisexiguitasnoncaperet.")毕竟费马没有写下证明，而他的其它猜想对数学贡献良多，由此激发了许多数学家对这一猜想的兴趣。数学家们的有关工作丰富了数论的内容，推动了数论的发展。对很多不同的n，费马定理早被证明了。但数学家对一般情况在首二百年内仍一筹莫展。1908年，德国佛尔夫斯克宣布以10万马克作为奖金奖给在他逝世后一百年内，第一个证明该定理的人，吸引了不少人尝试并递交他们的“证明”。在一战之后，马克大幅贬值，该定理的魅力也大大地下降。1983年，en:GerdFaltings证明了Mordell猜测，从而得出当n>2时(n为整数)，只存在有限组互质的a,b,c使得a^n+b^n=c*n。1986年，GerhardFrey提出了“ε-猜想”：若存在a,b,c使得a^n+b^n=c^n，即如果费马大定理是错的，则椭圆曲线y^2=x(x-a^n)(x+b^n)会是谷山-志村猜想的一个反例。Frey的猜想随即被KennethRibet证实。此猜想显示了费马大定理与椭圆曲线及模形式的密切关系。1995年，怀尔斯和泰勒在一特例范围内证明了谷山-志村猜想，Frey的椭圆曲线刚好在这一特例范围内，从而证明了费马大定理。怀尔斯证明费马大定理的过程亦甚具戏剧性。他用了七年时间，在不为人知的情况下，得出了证明的大部分;然后于1993年6月在一个学术会议上宣布了他的证明，并瞬即成为世界头条。但在审批证明的过程中，专家发现了一个极严重的错误。怀尔斯和泰勒然后用了近一年时间尝试补救，终在1994年9月以一个之前怀尔斯抛弃过的方法得到成功，这部份的证明与岩泽理论有关。他们的证明刊在1995年的数学年刊(en:AnnalsofMathematics)之上。1：欧拉证明了n=3的情形，用的是唯一因子分解定理。2：费马自己证明了n=4的情形。3：1825年，狄利克雷和勒让德证明了n=5的情形，用的是欧拉所用方法的延伸，但避开了唯一因子分解定理。4：1839年，法国数学家拉梅证明了n=7的情形，他的证明使用了跟7本身结合的很紧密的巧秒工具，只是难以推广到n=11的情形;于是，他又在1847年提出了“分圆整数”法来证明，但没有成功。5：库默尔在1844年提出了“理想数”概念，他证明了：对于所有小于100的素指数n，费马大定理成立，此一研究告一阶段。6：勒贝格提交了一个证明，但因有漏洞，被否决。7：希尔伯特也研究过，但没进展。8：1983年，德国数学家法尔廷斯证明了一条重要的猜想——莫代尔猜想x的平方+y的平方=1这样的方程至多有有限个有理数解，他由于这一贡献，获得了菲尔兹奖。9：1955年，日本数学家谷山丰首先猜测椭圆曲线于另一类数学家们了解更多的曲线——模曲线之间存在着某种联系;谷山的猜测后经韦依和志村五郎进一步精确化而形成了所谓“谷山——志村猜想”，这个猜想说明了：有理数域上的椭圆曲线都是模曲线。这个很抽象的猜想使一些学者搞不明白，但它又使“费马大定理”的证明向前迈进了一步。10：1985年，德国数学家弗雷指出了“谷山——志村猜想”和“费马大定理”之间的关系;他提出了一个命题：假定“费马大定理”不成立，即存在一组非零整数A,B,C,使得A的n次方+B的n次方=C的n次方(n>2),那么用这组数构造出的形如y的平方=x(x+A的n次方)乘以(x-B的n次方)的椭圆曲线，不可能是模曲线。尽管他努力了，但他的命题和“谷山——志村猜想”矛盾，如果能同时证明这两个命题，根据反证法就可以知道“费马大定理”不成立，这一假定是错误的，从而就证明了“费马大定理”。但当时他没有严格证明他的命题。11：1986年，美国数学家里贝特证明了弗雷命题，于是希望便集中于“谷山——志村猜想”。12：1993年6月，英国数学家维尔斯证明了：对有理数域上的一大类椭圆曲线，“谷山——志村猜想”成立。由于他在报告中表明了弗雷曲线恰好属于他所说的这一大类椭圆曲线，也就表明了他最终证明了“费马大定理”;但专家对他的证明审察发现有漏洞，于是，维尔斯又经过了一年多的拼搏，于1994年9月彻底圆满证明了“费马大定理”13：蒋春暄先生在1992年就已经发表了证明费马最后定理的文章(《潜科学》杂志，1992年2月)，可是在中国，没有人承认这个成果，当然更说不上得到国际的承认。然而，在过去了17年之后的今年(2009)6月初，蒋春暄先生获得了意大利《特莱肖——伽利略科学院》2009年度金奖，获奖的原因之一即他于1992年对于费马最后定理的证明。证明过程1676年数学家根据费马的少量提示用无穷递降法证明n=4。1678年和1738年德国数学家莱布尼兹和瑞士数学家欧拉也各自证明n=4。1770年欧拉证明n=3。1823年和1825年法国数学家勒让德和德国数学家狄利克雷先后证明n=5。1832年狄利克雷试图证明n=7，却只证明了n=14。1839年法国数学家拉梅证明了n=7，随后得到法国数学家勒贝格的简化……19世纪贡献最大的是德国数学家库麦尔，他从1844年起花费20多年时间，创立了理想数理论，为代数数论奠下基础;库麦尔证明当n<100时除37、59、67三数外费马大定理均成立。为推进费马大定理的证明，布鲁塞尔和巴黎科学院数次设奖。1908年德国数学家佛尔夫斯克尔临终在哥廷根皇家科学会悬赏10万马克，并充分考虑到证明的艰巨性，将期限定为100年。数学迷们对此趋之若鹜，纷纷把“证明”寄给数学家，期望凭短短几页初等变换夺取桂冠。德国数学家兰道印制了一批明信片由学生填写：“亲爱的先生或女士：您对费马大定理的证明已经收到，现予退回，第一个错误出现在第_页第_行。”在解决问题的过程中，数学家们不但利用了广博精深的数学知识，还创造了许多新理论新方法，对数学发展的贡献难以估量。1900年，希尔伯特提出尚未解决的23个问题时虽未将费马大定理列入，却把它作为一个在解决中不断产生新理论新方法的典型例证。据说希尔伯特还宣称自己能够证明，但他认为问题一旦解决，有益的副产品将不再产生。“我应更加注意，不要杀掉这只经常为我们生出金蛋的母鸡。”数学家就是这样缓慢而执着地向前迈进，直至1955年证明n<4002。大型计算机的出现推进了证明速度，1976年德国数学家瓦格斯塔夫证明n<125000，1985年美国数学家罗瑟证明n<41000000。但数学是严谨的科学，n值再大依然有限，从有限到无穷的距离漫长而遥远。983年，年仅29岁的德国数学家法尔廷斯证明了代数几何中的莫德尔猜想，为此在第20届国际数学家大会上荣获菲尔茨奖;此奖相当于数学界的诺贝尔奖，只授予40岁以下的青年数学家。莫德尔猜想有一个直接推论：对于形如x^n+y^n=z^n(n≥4)的方程至多只有有限多组整数解。这对费马大定理的证明是一个有益的突破。从“有限多组”到“一组没有”还有很大差距，但从无限到有限已前进了一大步。1955年日本数学家谷山丰提出过一个属于代数几何范畴的谷山猜想，德国数学家弗雷在1985年指出：如果费马大定理不成立，谷山猜想也不成立。随后德国数学家佩尔提出佩尔猜想，补足了弗雷观点的缺陷。至此，如果谷山猜想和佩尔猜想都被证明，费马大定理不证自明。事隔一载，美国加利福尼亚大学伯克利分校数学家里比特证明了佩尔猜想。1993年6月，英国数学家、美国普林斯顿大学教授安德鲁·怀尔斯在剑桥大学牛顿数学研究所举行了一系列代数几何学术讲演。在6月23日最后一次讲演《椭圆曲线、模型式和伽罗瓦表示》中，怀尔斯部分证明了谷山猜想。所谓部分证明，是指怀尔斯证明了谷山猜想对于半稳定的椭圆曲线成立——谢天谢地，与费马大定理相关的那条椭圆曲线恰好是半稳定的!这时在座60多位知名数学家意识到，困扰数学界三个半世纪的费马大定理被证明了!这一消息在讲演后不胫而走，许多大学都举行了游行和狂欢，在芝加哥甚至出动了警察上街维持秩序。但专家对他的证明审察发现有漏洞，于是，怀尔斯又经过了一年多的拼搏，于1994年9月20日上午11时彻底圆满证明了“费马大定理”证明方法五十年代日本数学家谷山丰首先提出一个有关椭圆曲线的猜想，后来由另一位数学家志村五郎加以发扬光大，当时没有人认为这个猜想与费马定理有任何关联。在八十年代德国数学家佛列将谷山丰的猜想与费马定理联系在一起，而安德鲁·怀尔斯所做的正是根据这个关联论证出一种形式的谷山丰猜想是正确的，进而推出费马最后定理也是正确的。这个结论由威利斯在1993年的6月21日於美国剑桥大学牛顿数学研究所的研讨会正式发表，这个报告马上震惊整个数学界，就是数学门墙外的社会大众也寄以无限的关注。不过怀尔斯的证明马上被检验出有少许的瑕疵，于是怀尔斯与他的学生又花了十四个月的时间再加以修正。1994年9月19日他们终於交出完整无瑕的解答，数学界的梦魇终於结束。1997年6月，怀尔斯在德国哥庭根大学领取了佛尔夫斯克尔奖。当年的十万马克约为两百万美金，不过怀尔斯领到时，只值五万美金左右，但安德鲁·怀尔斯已经名列青史，永垂不朽了。用不定方程来表示，费马大定理即：当n>2时，不定方程x^n+y^n=z^n没有xyz≠0的整数解。为了证明这个结果，只需证明方程x^4+y^4=z^4，(x,y)=1和方程x^p+y^p=z^p，(x,y)=(x,z)=(y,z)=1[p是一个奇素数]均无xyz≠0的整数解。n=4的情形已由莱布尼茨和欧拉解决。费马本人证明了p=3的情，但证明不完全。勒让德[1823]和狄利克雷[1825]证明了p=5的情形。1839年，拉梅证明了p=7的情形。1847年，德国数学家库默尔对费马猜想作出了突破性的工作。他创立了理想数论，这使得他证明了当p<100时，除了p=37，59，67这三个数以外，费马猜想都成立。后来他又进行深入研究，证明了对于上述三个数费马猜想也成立。在近代数学家中，范迪维尔对费马猜想作出重要贡献。他从本世纪20年代开始研究费马猜想，首先发现并改正了库默尔证明中的缺陷。在以后的30余年内，他进行了大量的工作，得到了使费马猜想成立一些充分条件。他和另外两位数学家共同证明了当p<4002时费马猜想成立。现代数学家还利用大型电子计算器来探索费马猜想，使p的数目有很大的推进。到1977年为止，瓦格斯塔夫证明了p<125000时，费马猜想成立。《中国数学会通讯》1987年第2期据国外消息报导，费马猜想近年来取得了惊人的研究成果：格朗维尔和希思—布龙证明了「对几乎所有的指数，费马大定理成立」。即若命N(x)表示在不超过x的整数中使费马猜想不成立的指数个数，则证明中用到了法尔廷斯[Faltings]的结果。另外一个重要结果是：费马猜想若有反例，即存在x>0，y>0，z>0，n>2，使x^n+y^n=z^n，则x>101,800,000。说明：要证明费马最后定理是正确的(即x^n+y^n=z^n对n>2均无正整数解)只需证x^4+y^4=z^4和x^p+y^p=z^p(P为奇质数)，都没有整数解。费马大定理证明过程:对费马方程x^n+y^n=z^n整数解关系的证明，多年来在数学界一直颇多争议。本文利用平面几何方法，全面分析了直角三角形边长a^2+b^2=c^2整数解的存在条件，提出对多元代数式应用增元求值。本文给出的直角三角型边长a^2+b^2=c^2整数解的“定a计算法则”;“增比计算法则”;“定差公式法则”;“a值奇偶数列法则”;是平方整数解的代数条件和实践方法;本文提出建立了一元代数式的绝对方幂式与绝对非方幂式概念;本文利用同方幂数增比性质，利用整数方幂数增项差公式性质，把费马方程x^n+y^n=z^n原本三元高次不定方程的整数解判定问题，巧妙地化为了一元定解方程问题。关键词：增元求解法绝对方幂式绝对非方幂式相邻整数方幂数增项差公式引言：1621年，法国数学家费马(Fermat)在读看古希腊数学家丢番图(Diophantna)著写的算术学一书时，针对书中提到的直角三角形三边整数关系，提出了方程x^n+y^n=z^n在n=2时有无穷多组整数解，在n>2时永远没有整数解的观点。并声称自己当时进行了绝妙的证明。这就是被后世人称为费马大定理的旷世难题。时至今日，此问题的解答仍繁难冗长，纷争不断，令人莫衷一是。本文利用直角三角形、正方形的边长与面积的相互关系，建立了费马方程平方整数解新的直观简洁的理论与实践方法，本文利用同方幂数增比定理，对费马方程x^n+y^n=z^n在指数n>2时的整数解关系进行了分析论证，用代数方法再现了费马当年的绝妙证明。定义1.费马方程人们习惯上称x^n+y^n=z^n关系为费马方程，它的深层意义是指：在指数n值取定后，其x、y、z均为整数。在直角三角形边长中，经常得到a、b、c均为整数关系，例如直角三角形3、4、5，这时由勾股弦定理可以得到3^2+4^2=5^2，所以在方次数为2时，费马方程与勾股弦定理同阶。当指数大于2时，费马方程整数解之研究，从欧拉到狄里克莱，已经成为很大的一门数学分支.定义2.增元求解法在多元代数式的求值计算中引入原计算项元以外的未知数项元加入，使其构成等式关系并参与求值运算。我们把利用增加未知数项元来实现对多元代数式求值的方法，叫增元求解法。利用增元求解法进行多元代数式求值，有时能把非常复杂的问题变得极其简单。下面，我们将利用增元求解法来实现对直角三角形三边a^2+b^2=c^2整数解关系的求值。一，直角三角形边长a^2+b^2=c^2整数解的“定a计算法则”定理1.如a、b、c分别是直角三角形的三边，Q是增元项，且Q≥1，满足条件：a≥3{b=(a^2-Q^2)÷2Qc=Q+b则此时，a^2+b^2=c^2是整数解;证：在正方形面积关系中，由边长为a得到面积为a^2，若(a^2-Q^2)÷2Q=b(其中Q为增元项，且b、Q是整数),则可把面积a^2分解为a^2=Q^2+Qb+Qb，把分解关系按下列关系重新组合后可得到图形：Q2Qb其缺口刚好是一个边长为b的正方形。补足缺口面积b^2后可得到一个边长Qb为Q+b的正方形，现取Q+b=c，根据直角三角形边长关系的勾股弦定理a^2+b^2=c^2条件可知，此时的a、b、c是直角三角形的三个整数边长。故定理1得证应用例子：例1.利用定a计算法则求直角三角形a边为15时的边长平方整数解?解：取应用例子：a为15，选增元项Q为1，根据定a计算法则得到：a=15{b=(a^-Q^2)÷2Q=(15^2-1^2)÷2=112c=Q+b=1+112=113所以得到平方整数解15^2+112^2=113^2再取a为15，选增元项Q为3，根据定a计算法则得到：a=15{b=(a^2-Q^2)÷2Q=(15^2-3^2)÷6=36c=Q+b=3+36=39所以得到平方整数解15^2+36^2=39^2定a计算法则，当取a=3、4、5、6、7…时，通过Q的不同取值，将函盖全部平方整数解。二，直角三角形边长a^2+b^2=c^2整数解“增比计算法则”定理2.如a^2+b^2=c^2是直角三角形边长的一组整数解，则有(an)^2+(bn)^2=(cn)^2(其中n=1、2、3…)都是整数解。证：由勾股弦定理，凡a^2+b^2=c^2是整数解必得到一个边长都为整数的直角三角形ac，根据平面线段等比放大的原理，三角形等比放大得到2a2c;b2b3a3c;4a4c;…由a、b、c为整数条件可知，2a、2b、2c;3b4b3a、3b、3c;4a、4b、4c…na、nb、nc都是整数。故定理2得证应用例子：例2.证明303^2+404^2=505^2是整数解?解;由直角三角形35得到3^2+4^2=5^2是整数解，根据增比计4算法则，以直角三角形3×1015×101关系为边长时，必有4×101303^2+404^2=505^2是整数解。三，直角三角形边长a^2+b^2=c^2整数解“定差公式法则”3a+2c+n=a1(这里n=b-a之差，n=1、2、3…)定理3.若直角三角形a^2+^b2=c^2是满足b-a=n关系的整数解，那么，利用以上3a+2c+n=a1公式连求得到的a1、a2、a3…ai所组成的平方数组ai^2+bi^2=ci^2都是具有b-a=n之定差关系的整数解。证：取n为1，由直角三角形三边3、4、5得到3^2+4^2=5^2，这里n=b-a=4-3=1，根据3a+2c+1=a1定差公式法则有：a1=3×3+2×5+1=20这时得到20^2+21^2=29^2继续利用公式计算得到：a2=3×20+2×29+1=119这时得到119^2+120^2=169^2继续利用公式计算得到a3=3×119+2×169+1=696这时得到696^2+697^2=985^2…故定差为1关系成立现取n为7，我们有直角三角形21^2+28^2=35^2，这里n=28-21=7，根据3a+2c+7=a1定差公式法则有：a1=3×21+2×35+7=140这时得到140^2+147^2=203^2继续利用公式计算得到：a2=3×140+2×203+7=833这时得到833^2+840^2=1183^2继续利用公式计算得到：a3=3×833+2×1183+7=4872这时得到4872^2+4879^2=6895^2…故定差为7关系成立再取n为129，我们有直角三角形387^2+516^2=645^2，这里n=516-387=129，根据3a+2c+129=a1定差公式法则有：a1=3×387+2×645+129=2580这时得到2580^2+2709^2=3741^2继续利用公式计算得到：a2=3×2580+2×3741+129=15351这时得到15351^2+15480^2=21801^2继续利用公式计算得到：a3=3×15351+2×21801+129=89784这时得到89784^2+89913^2=127065^2…故定差为129关系成立故定差n计算法则成立故定理3得证四，平方整数解a^2+^b2=c^2的a值奇偶数列法则：定理4.如a^2+^b2=c^2是直角三角形的三个整数边长，则必有如下a值的奇数列、偶数列关系成立;(一)奇数列a：若a表为2n+1型奇数(n=1、2、3…)，则a为奇数列平方整数解的关系是：a=2n+1{c=n^2+(n+1)^2b=c-1证：由本式条件分别取n=1、2、3…时得到：3^2+4^2=5^25^2+12^2=13^27^2+24^2=25^29^2+40^2=41^211^2+60^2=61^213^2+84^2=85^2…故得到奇数列a关系成立(二)偶数列a：若a表为2n+2型偶数(n=1、2、3…)，则a为偶数列平方整数解的关系是：a=2n+2{c=1+(n+1)^2b=c-2证：由本式条件分别取n=1、2、3…时得到：4^2+3^2=5^26^2+8^2=10^28^2+15^2=17^210^2+24^2=26^212^2+35^2=37^214^2+48^2=50^2…故得到偶数列a关系成立故定理4关系成立由此得到,在直角三角形a、b、c三边中：b-a之差可为1、2、3…a-b之差可为1、2、3…c-a之差可为1、2、3…c-b之差可为1、2、3…定差平方整数解有无穷多种;每种定差平方整数解有无穷多个。以上，我们给出了平方整数解的代数条件和实践方法。我们同样能够用代数方法证明，费马方程x^n+y^n=z^n在指数n>2时没有整数解。证明如下：我们首先证明，增比计算法则在任意方次幂时都成立。定理5，若a，b，c都是大于0的不同整数，m是大于1的整数，如有a^m+b^m=c^m+d^m+e^m同方幂关系成立，则a，b，c，d，e增比后，同方幂关系仍成立。证：在定理原式a^m+b^m=c^m+d^m+e^m中，取增比为n，n>1，得到：(na)^m+(nb)^m=(nc)^m+(nd)^m+(ne)^m原式化为：n^m(a^m+b^m)=n^m(c^m+d^m+e^m)两边消掉n^m后得到原式。所以，同方幂数和差式之间存在增比计算法则，增比后仍是同方幂数。故定理5得证定理6，若a，b，c是不同整数且有a^m+b=c^m关系成立，其中b>1，b不是a，c的同方幂数，当a，b，c同比增大后，b仍然不是a，c的同方幂数。证：取定理原式a^m+b=c^m取增比为n，n>1，得到：(na)^m+n^mb=(nc)^m原式化为：n^m(a^m+b)=n^mc^m两边消掉n^m后得到原式。由于b不能化为a，c的同方幂数，所以n^mb也不能化为a，c的同方幂数。所以，同方幂数和差式间含有的不是同方幂数的数项在共同增比后，等式关系仍然成立。其中的同方幂数数项在增比后仍然是同方幂数，不是同方幂数的数项在增比后仍然是非同方幂数。故定理6得证一元代数式的绝对方幂与绝对非方幂性质定义3，绝对某次方幂式在含有一元未知数的代数式中，若未知数取值为大于0的全体整数时，代数式的值都是某次完全方幂数，我们称这时的代数式为绝对某次方幂式。例如：n^2+2n+1，n^2+4n+4，n^2+6n+9，……都是绝对2次方幂式;而n^3+3n^2+3n+1，n^3+6n^2+12n+8，……都是绝对3次方幂式。一元绝对某次方幂式的一般形式为(n+b)^m(m>1，b为常数项)的展开项。定义4，绝对非某次方幂式在含有一元未知数的代数式中，若未知数取值为大于0的全体整数时，代数式的值都不是某次完全方幂数，我们称这时的代数式为绝对非某次方幂式。例如：n^2+1，n^2+2，n^2+2n，……都是绝对非2次方幂式;而n^3+1，n^3+3n^2+1，n^3+3n+1，3n^2+3n+1，n^3+6n^2+8……都是绝对非3次方幂式。当一元代数式的项数很少时，我们很容易确定代数式是否绝对非某次方幂式，例如n^2+n是绝对非2次方幂式，n^7+n是绝对非7次方幂式，但当代数式的项数很多时，得到绝对非某次方幂式的条件将越来越苛刻。一元绝对非某次方幂式的一般形式为：在(n+b)^m(m>2，b为常数项)的展开项中减除其中某一项。推理：不是绝对m次方幂式和绝对非m次方幂式的方幂代数式必定在未知数取某一值时得出一个完全m次方数。例如：3n^2+4n+1不是绝对非3次方幂式，取n=1时有3n^2+4n+1=8=2^3，3n^2+3n+1不是绝对非2次方幂式，当n=7时，3n^2+3n+1=169=13^2;推理：不含方幂项的一元代数式对任何方幂没有唯一性。2n+1=9=3^2，2n+1=49=7^2……4n+4=64=8^2，4n+4=256=16^2……2n+1=27=3^3，2n+1=125=5^3……证明：一元代数式存在m次绝对非方幂式;在一元代数式中，未知数的不同取值，代数式将得到不同的计算结果。未知数与代式计算结果间的对应关系是唯一的，是等式可逆的，是纯粹的定解关系。这就是一元代数式的代数公理。即可由代入未知数值的办法对代数式求值，又可在给定代数式数值的条件下反过来对未知数求值。利用一元代数式的这些性质，我们可实现整数的奇偶分类、余数分类和方幂分类。当常数项为1时，完全立方数一元代数表达式的4项式的固定形式是(n+1)^3=n^3+3n^2+3n+1，它一共由包括2个方幂项在内的4个单项项元组成，对这个代数式中3个未知数项中任意一项的改动和缺失，代数式都无法得出完全立方数。在保留常数项的前提下，我们锁定其中的任意3项，则可得到必定含有方幂项的3个不同的一元代数式，n^3+3n^2+1，n^3+3n+1，3n^2+3n+1，对这3个代数式来说，使代数式的值成为立方数只能有唯一一个解，即补上缺失的第4项值，而且这个缺失项不取不行，取其它项值也不行。因为这些代数式与原立方代数式形成了固定的单项定差代数关系，这种代数关系的存在与未知数取值无关。这种关系是：(n+1)^3-3n=n^3+3n^2+1(n+1)^3-3n^2=n^3+3n+1(n+1)^3-n^3=3n^2+3n+1所以得到：当取n=1、2、3、4、5…n^3+3n^2+1≠(n+1)^3n^3+3n+1≠(n+1)^33n2+3n+1≠(n+1)^^3即这3个代数式的值都不能等于(n+1)^3形完全立方数。当取n=1、2、3、4、5…时，(n+1)^3=n^3+3n^2+3n+1的值是从2开始的全体整数的立方，而小于2的整数只有1，1^3=1，当取n=1时，n^3+3n^2+1=5≠1n^3+3n+1=5≠13n^2+3n+1=7≠1所以得到：当取n=1、2、3、4、5…时，代数式n^3+3n^2+1，n^3+3n+1，3n^2+3n+1的值不等于全体整数的立方数。这些代数式是3次绝对非方幂式。由以上方法我们能够证明一元代数式：n^4+4n^3+6n^2+1，n^4+4n^3+4n+1，n^4+6n^2+4n+1，4n^3+6n^2+4n+1，在取n=1、2、3、4、5…时的值永远不是完全4次方数。这些代数式是4次绝对非方幂式。能够证明5次方以上的一元代数式(n+1)^m的展开项在保留常数项的前提下，锁定其中的任意m项后，可得到m个不同的一元代数式，这m个不同的一元代数式在取n=1、2、3、4、5…时的值永远不是完全m次方数。这些代数式是m次绝对非方幂式。现在我们用代数方法给出相邻两整数n与n+1的方幂数增项差公式;2次方时有：(n+1)^2-n^2=n^2+2n+1-n^2=2n+1所以，2次方相邻整数的平方数的增项差公式为2n+1。由于2n+1不含有方幂关系，而所有奇数的幂方都可表为2n+1，所以，当2n+1为完全平方数时，必然存在n^2+(2√2n+1)^2=(n+1)^2即z-x=1之平方整数解关系，应用增比计算法则，我们即可得到z-x=2，z-x=3，z-x=4，z-x=5……之平方整数解关系。但z-x>1的xyz互素的平方整数解不能由增比法则得出，求得这些平方整数解的方法是：由(n+2)^2-n^2=4n+4为完全平方数时得出全部z-x=2的平方整数解后增比;由(n+3)^2-n^2=6n+9为完全平方数时得出全部z-x=3的平方整数解后增比;由(n+4)^2-n^2=8n+16为完全平方数时得出全部z-x=4的平方整数解后增比;……这种常数项的增加关系适合于全体整数，当取n=1、2、3…时，我们可得到整数中全部平方整数解。所以费马方程x^n+y^n=z^n在指数为2时成立。同时，由于所有奇数的幂方都可表为2n+1及某些偶数的幂方可表为4n+4，6n+9，8n+16……所以，还必有x^2+y^n=z^2整数解关系成立。3次方时有：(n+1)^3-n^3=n^3+3n^2+3n+1-n^3=3n^2+3n+1所以，3次方相邻整数的立方数的增项差公式为3n^2+3n+1。由于3n^2+3n+1是(n+1)^3的缺项公式，它仍然含有幂方关系，是3次绝对非方幂式。所以，n为任何整数时3n^2+3n+1的值都不是完全立方数，因而整数间不存在n^3+(3√3n^2+3n+1)^3=(n+1)^3即z-x=1之立方整数解关系，由增比计算法则可知，也不存在z-x=2，z-x=3，z-x=4，z-x=5……之立方整数解关系。但z-x>1的xyz互素的费马方程式不能由增比法则表出，表出这些立方费马方程式的方法是：由(n+2)^3-n^3=6n2+12n+8，所以，n为任何整数它的值都不是完全立方数;由(n+3)^3-n^3=9n2+27n+27，所以，n为任何整数它的值都不是完全立方数;由(n+4)^3-n^3=12n2+48n+64，所以，n为任何整数它的值都不是完全立方数;……这种常数项的增加关系适合于全体整数，当取n=1、2、3…时，费马方程3次方关系经过增比后将覆盖全体整数。所以费马方程x^n+y^n=z^n在指数为3时无整数解。4次方时有;(n+1)^4-n^4=n^4+4n^3+6n^2+4n+1-n^4=4n^3+6n^2+4n+1所以，4次方相邻整数的4次方数的增项差公式为4n^3+6n^2+4n+1。由于4n^3+6n^2+4n+1是(n+1)^4的缺项公式，它仍然含有幂方关系，是4次绝对非方幂式。所以，n为任何整数时4n^3+6n^2+4n+1的值都不是完全4次方数，因而整数间不存在n^4+(4√4n3+6n2+4n+1)^4=(n+1)^4即z-x=1之4次方整数解关系，由增比计算法则可知，也不存在z-x=2，z-x=3，z-x=4，z-x=5……之4次方整数解关系。但z-x>1的xyz互素的费马方程式不能由增比法则表出，表出这些4次方费马方程式的方法是：由(n+1)^4-n^4=8n3+24n2+32n+16，所以，n为任何整数它的值都不是完全4次方数;由(n+1)^4-n^4=12n3+54n2+108n+81，所以，n为任何整数它的值都不是完全4次方数;由(n+1)^4-n^4=16n3+96n2+256n+256，所以，n为任何整数它的值都不是完全4次方数;……这种常数项的增加关系适合于全体整数，当取n=1、2、3…时，费马方程4次方关系经过增比后将覆盖全体整数。所以费马方程x^n+y^n=z^n在指数为4时无整数解。m次方时，相邻整数的方幂数的增项差公式为：(n+1)^m-n^m=n^m+mn^m-1+…+…+mn+1-n^m=mn^m-1+…+…+mn+1所以，m次方相邻整数的m次方数的增项差公式为mn^m-1+…+…+mn+1。由于mn^m-1+…+…+mn+1是(n+1)^m的缺项公式，它仍然含有幂方关系，是m次绝对非方幂式。所以，n为任何整数时mn^m-1+…+…+mn+1的值都不是完全m次方数，因而整数间不存在n^m+(m√mn^m-1+…+…+mn+1)^m=(n+1)^m即z-x=1之m次方整数解关系，由增比计算法则可知，也不存在z-x=2，z-x=3，z-x=4，z-x=5……之m次方整数解关系。但z-x>1的xyz互素的费马方程式不能由增比法则表出，表出这些m次方费马方程式的方法是：由(n+2)^m-n^m=2mn^m-1+…+…+2^m-1mn+2^m，所以，n为任何整数它的值都不是完全m次方数;由(n+3)^m-n^m=3mn^m-1+…+…+3^m-1mn+3^m，所以，n为任何整数它的值都不是完全m次方数;由(n+4)^m-n^m=4mn^m-1+…+…+4^m-1mn+4^m，所以，n为任何整数它的值都不是完全m次方数;……这种常数项的增加关系适合于全体整数，当取n=1、2、3…时，费马方程m次方关系经过增比后将覆盖全体整数。所以费马方程x^n+y^n=z^n在指数为m时无整数解。所以费马方程x^n+y^n=z^n在指数n>2时永远没有整数解。梅涅劳斯定理简介梅涅劳斯(Menelaus)定理是由古希腊数学家梅涅劳斯首先证明的。它指出：如果一条直线与△ABC的三边AB、BC、CA或其延长线交于F、D、E点，那么(AF/FB)×(BD/DC)×(CE/EA)=1。证明一：过点A作AG∥BC交DF的延长线于G,则AF/FB=AG/BD,BD/DC=BD/DC,CE/EA=DC/AG。三式相乘得：(AF/FB)×(BD/DC)×(CE/EA)=(AG/BD)×(BD/DC)×(DC/AG)=1证明二：过点C作CP∥DF交AB于P，则BD/DC=FB/PF，CE/EA=PF/AF所以有AF/FB×BD/DC×CE/EA=AF/FB×FB/PF×PF/AF=1它的逆定理也成立：若有三点F、D、E分别在△ABC的边AB、BC、CA或其延长线上，且满足(AF/FB)×(BD/DC)×(CE/EA)=1，则F、D、E三点共线。利用这个逆定理，可以判断三点共线。

梅涅劳斯(Menelaus)定理证明三：过ABC三点向三边引垂线AA'BB'CC'，所以AD：DB=AA'：BB'，BE：EC=BB'：CC'，CF：FA=CC'：AA'所以(AF/FB)×(BD/DC)×(CE/EA)=1记忆ABC为三个顶点，DEF为三个分点(AF/FB)×(BD/DC)×(CE/EA)=1(顶到分/分到顶)*(顶到分/分到顶)*(顶到分/分到顶)=1空间感好的人可以这么记：(上1/下1)*(整/右)*(下2/上2)=1

实际应用为了说明问题，并给大家一个深刻印象，我们假定图中的A、B、C、D、E、F是六个旅游景点，各景点之间有公路相连。我们乘直升机飞到这些景点的上空，然后选择其中的任意一个景点降落。我们换乘汽车沿公路去每一个景点游玩，最后回到出发点，直升机就停在那里等待我们回去。我们不必考虑怎样走路程最短，只要求必须“游历”了所有的景点。只“路过”而不停留观赏的景点，不能算是“游历”。例如直升机降落在A点，我们从A点出发，“游历”了其它五个字母所代表的景点后，最终还要回到出发点A。另外还有一个要求，就是同一直线上的三个景点，必须连续游过之后，才能变更到其它直线上的景点。从A点出发的旅游方案共有四种，下面逐一说明：方案一——从A经过B(不停留)到F(停留)，再返回B(停留)，再到D(停留)，之后经过B(不停留)到C(停留)，再到E(停留)，最后从E经过C(不停留)回到出发点A。按照这个方案，可以写出关系式：(AF：FB)*(BD：DC)*(CE：EA)=1。现在，您知道应该怎样写“梅涅劳斯定理”的公式了吧。从A点出发的旅游方案还有：方案

二——可以简记为：A→B→F→D→E→C→A，由此可写出以下公式：(AB：BF)*(FD：DE)*(EC：CA)=1。从A出发还可以向“C”方向走，于是有：方案三——A→C→E→D→F→B→A，由此可写出公式：(AC：CE)*(ED：DF)*(FB：BA)=1。从A出发还有最后一个方案：方案

四——A→E→C→D→B→F→A，由此写出公式：(AE：EC)*(CD：DB)*(BF：FA)=1。我们的直升机还可以选择在B、C、D、E、F任一点降落，因此就有了图中的另外一些公式。值得注意的是，有些公式中包含了四项因式，而不是“梅涅劳斯定理”中的三项。当直升机降落在B点时，就会有四项因式。而在C点和F点，既会有三项的公式，也会有四项的公式。公式为四项时，有的景点会游览了两次。不知道梅涅劳斯当年是否也是这样想的，只是列出了一两个典型的公式给我们看看。还可以从逆时针来看，从第一个顶点到逆时针的第一个交点比上到下一个顶点的距离，以此类推，可得到三个比例，它们的乘积为1.现在是否可以说，我们对梅涅劳斯定理有了更深刻的了解呢。那些复杂的相除相乘的关系式，不会再写错或是记不住吧。塞瓦定理在△ABC内任取一点O，直线AO、BO、CO分别交对边于D、E、F，则(BD/DC)*(CE/EA)*(AF/FB)=1证法简介(Ⅰ)本题可利用梅涅劳斯定理证明：∵△ADC被直线BOE所截，∴(CB/BD)*(DO/OA)*(AE/EC)=1①而由△ABD被直线COF所截，∴(BC/CD)*(DO/OA)*(AF/FB)=1②②÷①:即得：(BD/DC)*(CE/EA)*(AF/FB)=1(Ⅱ)也可以利用面积关系证明∵BD/DC=S△ABD/S△ACD=S△BOD/S△COD=(S△ABD-S△BOD)/(S△ACD-S△COD)=S△AOB/S△AOC③同理CE/EA=S△BOC/S△AOB④AF/FB=S△AOC/S△BOC⑤③×④×⑤得BD/DC*CE/EA*AF/FB=1利用塞瓦定理证明三角形三条高线必交于一点:设三边AB、BC、AC的垂足分别为D、E、F，根据塞瓦定理逆定理，因为(AD:DB)*(BE:EC)*(CF:FA)=[(CD*ctgA)/[(CD*ctgB)]*[(AE*ctgB)/(AE*ctgC)]*[(BF*ctgC)/[(BF*ctgA)]=1，所以三条高CD、AE、BF交于一点。可用塞瓦定理证明的其他定理;三角形三条中线交于一点(重心):如图5D,E分别为BC,AC中点所以BD=DCAE=EC所以BD/DC=1CE/EA=1且因为AF=BF所以AF/FB必等于1所以AF=FB所以三角形三条中线交于一点塞瓦定理推论(赵浩杰定理)：设E是△ABD内任意一点，AE、BE、DE分别交对边于C、G、F，则(BC/CD)*(DG/GA)*(AF/FB)=1，(塞瓦定理)则(BD/CD)*(CE/AE)*(AF/FB)=K(K为未知参数)且(BD/BC)*(CE/AE)*(GA/DG)=K(K为未知参数)由梅涅劳斯定理得：(BD/CD)*(CE/AE)*(AF/FB)=1所以(BD/BC)*(CE/AE)*(GA/DG)=1(塞瓦定理推论)托勒密定理定理的提出一般几何教科书中的“托勒密定理”，实出自依巴谷(Hipparchus)之手，托勒密只是从他的书中摘出。定理的内容托勒密(Ptolemy)定理指出，圆内接凸四边形两对对边乘积的和等于两条对角线的乘积。原文：圆内接四边形中，两对角线所包矩形的面积等于一组对边所包矩形的面积与另一组对边所包矩形的面积之和。从这个定理可以推出正弦、余弦的和差公式及一系列的三角恒等式，托勒密定理实质上是关于共圆性的基本性质.证明一、(以下是推论的证明，托勒密定理可视作特殊情况。)在任意四边形ABCD中，作△ABE使∠BAE=∠CAD∠ABE=∠ACD因为△ABE∽△ACD所以BE/CD=AB/AC,即BE·AC=AB·CD(1)又有比例式AB/AC=AE/AD而∠BAC=∠DAE所以△ABC∽△AED相似.BC/ED=AC/AD即ED·AC=BC·AD(2)(1)+(2),得AC(BE+ED)=AB·CD+AD·BC又因为BE+ED≥BD(仅在四边形ABCD是某圆的内接四边形时，等号成立，即“托勒密定理”)所以命题得证复数证明用a、b、c、d分别表示四边形顶点A、B、C、D的复数，则AB、CD、AD、BC、AC、BD的长度分别是：(a-b)、(c-d)、(a-d)、(b-c)、(a-c)、(b-d)。首先注意到复数恒等式：(a−b)(c−d)+(a−d)(b−c)=(a−c)(b−d)，两边取模，运用三角不等式得。等号成立的条件是(a-b)(c-d)与(a-d)(b-c)的辐角相等，这与A、B、C、D四点共圆等价。四点不限于同一平面。平面上，托勒密不等式是三角不等式的反演形式。二、设ABCD是圆内接四边形。在弦BC上，圆周角∠BAC=∠BDC，而在AB上，∠ADB=∠ACB。在AC上取一点K，使得∠ABK=∠CBD;因为∠ABK+∠CBK=∠ABC=∠CBD+∠ABD，所以∠CBK=∠ABD。因此△ABK与△DBC相似，同理也有△ABD~△KBC。因此AK/AB=CD/BD，且CK/BC=DA/BD;因此AK·BD=AB·CD，且CK·BD=BC·DA;两式相加，得(AK+CK)·BD=AB·CD+BC·DA;但AK+CK=AC，因此AC·BD=AB·CD+BC·DA。证毕。推论1.任意凸四边形ABCD，必有AC·BD≤AB·CD+AD·BC，当且仅当ABCD四点共圆时取等号。2.托勒密定理的逆定理同样成立：一个凸四边形两对对边乘积的和等于两条对角线的乘积，则这个凸四边形内接于一圆、推广托勒密不等式：四边形的任两组对边乘积不小于另外一组对边的乘积，取等号当且仅当共圆或共线。简单的证明：复数恒等式：(a-b)(c-d)+(a-d)(b-c)=(a-c)(b-d)，两边取模，得不等式AC·BD≤|(a-b)(c-d)|+|(b-c)(a-d)|=AB·CD+BC·AD注意：1.等号成立的条件是(a-b)(c-d)与(a-d)(b-c)的辐角相等，这与A、B、C、D四点共圆等价。2.四点不限于同一平面。欧拉定理：在一条线段上AD上，顺次标有B、C两点，则AD·BC+AB·CD=AC·BD)西姆松定理西姆松定理说明有三角形ABC，平面上有一点P。P在三角形三边上的投影(即由P到边上的垂足)共线(此线称为西姆松线,Simsonline)当且仅当P在三角形的外接圆上。相关的结果有：称三角形的垂心为H。西姆松线和PH的交点为线段PH的中点，且这点在九点圆上。两点的西姆松线的交角等于该两点的圆周角。若两个三角形的外接圆相同，这外接圆上的一点P对应两者的西姆松线的交角，跟P的位置无关。从一点向三角形的三边所引垂线的垂足共线的充要条件是该点落在三角形的外接圆上。证明证明一：△ABC外接圆上有点P，且PE⊥AC于E，PF⊥AB于F，PD⊥BC于D，分别连DE、DF.易证P、B、F、D及P、D、C、E和A、B、P、C分别共圆，于是∠FDP=∠ACP①，(∵都是∠ABP的补角)且∠PDE=∠PCE②而∠ACP+∠PCE=180°③∴∠FDP+∠PDE=180°④即F、D、E共线.反之，当F、D、E共线时，由④→②→③→①可见A、B、P、C共圆.证明二：如图，若L、M、N三点共线，连结BP，CP，则因PL垂直于BC，PM垂直于AC，PN垂直于AB，有B、P、L、N和M、P、L、C分别四点共圆，有∠PBN=∠PLN=∠PLM=∠PCM.故A、B、P、C四点共圆。若A、B、P、C四点共圆，则∠PBN=∠PCM。因PL垂直于BC，PM垂直于AC，PN垂直于AB，有B、P、L、N和M、P、L、C四点共圆，有∠PBN=∠PLN=∠PCM=∠PLM.故L、M、N三点共线。棣莫弗定理棣莫弗(deMoivre)定理设两个复数(用三角形式表示)Z1=r1(cosθ1+isinθ1),Z2=r2(cosθ2+isinθ2),则:Z1Z2=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)].证:先讲一下复数的三角形式的概念.在复数平面上,可以用向量Z(a,b)来表示Z=a+ib.于是,该向量可以分成两个在实轴,虚轴上的分向量.如果向量Z与实轴的夹角为θ,这两个分向量的模分别等于rcosθ,risinθ(r=√a^2+b^2).所以,复数Z可以表示为Z=r(cosθ+isinθ).这里θ称为复数Z的辐角.因为Z1=r1(cosθ1+isinθ1),Z2=r2(cosθ2+isinθ2),所以Z1Z2=r1r2(cosθ1+isinθ1)(cosθ2+isinθ2)=r1r2(cosθ1cosθ2+icosθ1sinθ2+isinθ1cosθ2-sinθ1sinθ2)=r1r2[(cosθ1cosθ2-sinθ1sinθ2)+i(cosθ1sinθ2+sinθ1cosθ2)]=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)].其实该定理可以推广为一般形式:棣莫弗定理的推广设n个复数Z1=r1(cosθ1+isinθ1),Z2=r2(cosθ2+isinθ2),……，Zn=rn(cosθn+isinθn),则：Z1Z2……Zn=r1r2……rn[cos(θ1+θ2+……+θn)+isin(θ1+θ2+……+θn)].证：用数学归纳法即可，归纳基础就是两个复数相乘的棣莫弗定理。如果把棣莫弗定理和欧拉(Euler)公式“e^iθ=cosθ+isinθ”(参见《泰勒公式》，严格的证明需要复分析)放在一起看，则可以用来理解欧拉公式的意义。利用棣莫弗定理有：Z1Z2……Zn=r1r2……rn[cos(θ1+θ2+……+θn)+isin(θ1+θ2+……+θn)]如果可以把所有的复数改写成指数的形式，即：Z1=r1e^iθ1,Z2=r2e^iθ2,……，Zn=rne^iθn,Z1Z2……Zn=r1r2……rne^i(θ1+θ2+……+θn)这和指数的可加性一致.在一般形式中如果令Z1=Z2=……=Zn=Z,则能导出复数开方的公式.有兴趣可自己推推看.费马小定理简单多面体的顶点数v、面数f及棱数e间有关系v+f-e=2这个公式叫欧拉公式,公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律。认识欧拉费马小定理是数论中的一个重要定理,其内容为:假如p是质数，且(a,p)=1，那么a^(p-1)≡1(modp)费马小定理的历史皮埃尔•德•费马于1636年发现了这个定理，在一封1640年10月18日的信中他第一次使用了上面的书写方式。在他的信中费马还提出a是一个质数的要求，但是这个要求实际上是不存在的。与费马小定理相关的有一个中国猜想，这个猜想是中国数学家提出来的，其内容为：当且仅当2^(p-1)≡1(modp)，p是一个质数。假如p是一个质数的话，则2^(p-1)≡1(modp)成立(这是费马小定理的一个特殊情况)是对的。但反过来，假如2^(p-1)≡1(modp)成立那么p是一个质数是不成立的(比如341符合上述条件但不是一个质数)。因此整个来说这个猜想是错误的。一般认为中国数学家在费马前2000年的时候就已经认识中国猜测了，但也有人认为实际上中国猜测是1872年提出的，认为它早就为人所知是出于一个误解。费马小定理的证明一、准备知识：引理1.剩余系定理2若a,b,c为任意3个整数，m为正整数，且(m,c)=1,则当ac≡bc(modm)时，有a≡b(modm)证明：ac≡bc(modm)可得ac–bc≡0(modm)可得(a-b)c≡0(modm)因为(m,c)=1即m,c互质，c可以约去，a–b≡0(modm)可得a≡b(modm)引理2.剩余系定理5若m为整数且m>1,a[1],a[2],a[3],a[4],…a[m]为m个整数，若在这m个数中任取2个整数对m不同余，则这m个整数对m构成完全剩余系。证明：构造m的完全剩余系(0,1,2,…m-1)，所有的整数必然这些整数中的1个对模m同余。取r[1]=0,r[2]=1,r[3]=2,r[4]=3,…r=i-1,1<=M。令(1)：A[1]≡R[1](MODpm)(顺序可以不同),因为只有在这种情况下才能保证集合{a1,a2,a3,a4,…am}中的任意2个数不同余，否则必然有2个数同余。由式(1)自然得到集合{a1,a2,a3,a4,…am}对m构成完全剩余系。<m),a≡r(modm),a[2]≡r[2](mod>引理3.剩余系定理7设m是一个整数，且m>1，b是一个整数且(m,b)=1。如果a1,a2,a3,a4,…am是模m的一个完全剩余系，则ba[1],ba[2],ba[3],ba[4],…ba[m]也构成模m的一个完全剩余系。证明：若存在2个整数ba和ba[j]同余即ba≡ba[j](modm)，根据引理2则有a≡a[j](modm)。根据完全剩余系的定义和引理4(完全剩余系中任意2个数之间不同余，易证明)可知这是不可能的，因此不存在2个整数ba和ba[j]同余。由引理5可知ba[1],ba[2],ba[3],ba[4],…ba[m]构成模m的一个完全剩余系。引理4.同余定理6如果a,b,c,d是四个整数，且a≡b(modm),c≡d(modm),则有ac≡bd(modm)证明：由题设得ac≡bc(modm),bc≡bd(modm)，由模运算的传递性可得ac≡bc(modm)二、证明过程：构造素数p的完全剩余系P={1,2,3,4…(p-1)}，因为(a,p)=1，由引理3可得A={a,2a,3a,4a,…(p-1)a}也是p的一个完全剩余系。令W=1*2*3*4…*(p-1)，显然W≡W(modp)。令Y=a*2a*3a*4a*…(p-1)a,因为{a,2a,3a,4a,…(p-1)a}是p的完全剩余系，由引理2以及引理4可得a*2a*3a*…(p-1)a≡1*2*3*…(p-1)(modp)即W*a^(p-1)≡W(modp)。易知(W,p)=1，由引理1可知a^(p-1)≡1(modp)费马小定理在数论中的地位费马小定理是数论四大定理(威尔逊定理，欧拉定理(数论中的欧拉定理，即欧拉函数)，中国剩余定理和费马小定理)之一，在初等数论中有着非常广泛和重要的应用。实际上，它是欧拉定理的一个特殊情况(见于词条“欧拉函数”)。费马小定理的实际应用如上所述，中国猜测只有一半是正确的，符合中国猜测但不是质数的数被称为“伪质数”。对于中国猜测稍作改动，即得到判断一个数是否为质数的一个方法：如果对于任意满足1<b<p的b下式都成立：b^(p-1)≡1(modp)则p必定是一个质数。实际上，没有必要测试所有的小于p的自然数，只要测试所有的小于p的质数就可以了。这个算法的缺点是它非常慢，运算率高;但是它很适合在计算机上面运行程序进行验算一个数是否是质数。欧拉，瑞士数学家，13岁进巴塞尔大学读书，得到著名数学家贝努利的精心指导.欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家，他从19岁开始发表论文，直到76岁，他那不倦的一生，共写下了886本书籍和论文，其中在世时发表了700多篇论文。彼得堡科学院为了整理他的著作，整整用了47年。欧拉著作惊人的高产并不是偶然的。他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神，可以使他在任何不良的环境中工作：他常常抱着孩子在膝盖上完成论文。即使在他双目失明后的17年间，也没有停止对数学的研究，口述了好几本书和400余篇的论文。当他写出了计算天王星轨道的计算要领后离开了人世。欧拉永远是我们可敬的老师。欧拉研究论著几乎涉及到所有数学分支，对物理力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学、音乐都有研究!有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等是以欧拉名字命名的。欧拉写的数学教材在当时一直被当作标准教程。19世纪伟大的数学家高斯(gauss，1777-1855)曾说过“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法”。欧拉还是数学符号发明者，他创设的许多数学符号，例如π，i，e，sin，cos，tg，σ，f(x)等等，至今沿用。欧拉不仅解决了彗星轨迹的计算问题，还解决了使牛顿头痛的月离问题。对著名的“哥尼斯堡七桥问题”的完美解答开创了“图论”的研究。欧拉发现，不论什么形状的凸多面体，其顶点数v、棱数e、面数f之间总有关系v+f-e=2，此式称为欧拉公式。v+f-e即欧拉示性数，已成为“拓扑学”的基础概念。那么什么是“拓扑学”?欧拉是如何发现这个关系的?他是用什么方法研究的?今天让我们沿着欧拉的足迹，怀着崇敬的心情和欣赏的态度探索这个公式......欧拉定理的意义(1)数学规律：公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律(2)思想方法创新：定理发现证明过程中，观念上，假设它的表面是橡皮薄膜制成的，可随意拉伸;方法上将底面剪掉，化为平面图形(立体图→平面拉开图)。(3)引入拓扑学：从立体图到拉开图，各面的形状、长度、距离、面积等与度量有关的量发生了变化，而顶点数，面数，棱数等不变。定理引导我们进入一个新几何学领域：拓扑学。我们用一种可随意变形但不得撕破或粘连的材料(如橡皮波)做成的图形，拓扑学就是研究图形在这种变形过程中的不变的性质。(4)提出多面体分类方法：在欧拉公式中，f(p)=v+f-e叫做欧拉示性数。欧拉定理告诉我们，简单多面体f(p)=2。除简单多面体外，还有非简单多面体。例如，将长方体挖去一个洞，连结底面相应顶点得到的多面体。它的表面不能经过连续变形变为一个球面，而能变为一个环面。其欧拉示性数f(p)=16+16-32=0，即带一个洞的多面体的欧拉示性数为0。(5)利用欧拉定理可解决一些实际问题:如：为什么正多面体只有5种?足球与c60的关系?否有棱数为7的正多面体?等欧拉定理的证明方法1：(利用几何画板)逐步减少多面体的棱数，分析v+f-e先以简单的四面体abcd为例分析证法。去掉一个面，使它变为平面图形，四面体顶点数v、棱数v与剩下的面数f1变形后都没有变。因此，要研究v、e和f关系，只需去掉一个面变为平面图形，证v+f1-e=1(1)去掉一条棱，就减少一个面，v+f1-e不变。依次去掉所有的面，变为“树枝形”。(2)从剩下的树枝形中，每去掉一条棱，就减少一个顶点，v+f1-e不变，直至只剩下一条棱。以上过程v+f1-e不变，v+f1-e=1，所以加上去掉的一个面，v+f-e=2。对任意的简单多面体，运用这样的方法，都是只剩下一条线段。因此公式对任意简单多面体都是正确的。方法2：计算多面体各面内角和设多面体顶点数v，面数f，棱数e。剪掉一个面，使它变为平面图形(拉开图),求所有面内角总和σα一方面，在原图中利用各面求内角总和。设有f个面，各面的边数为n1,n2，…，nf，各面内角总和为：σα=[(n1-2)·1800+(n2-2)·1800+…+(nf-2)·1800]=(n1+n2+…+nf-2f)·1800=(2e-2f)·1800=(e-f)·3600(1)另一方面，在拉开图中利用顶点求内角总和。设剪去的一个面为n边形，其内角和为(n-2)·1800，则所有v个顶点中，有n个顶点在边上，v-n个顶点在中间。中间v-n个顶点处的内角和为(v-n)·3600，边上的n个顶点处的内角和(n-2)·1800。所以，多面体各面的内角总和：σα=(v-n)·3600+(n-2)·1800+(n-2)·1800=(v-2)·3600.(2)由(1)(2)得：(e-f)·3600=(v-2)·3600所以v+f-e=2.欧拉定理的运用方法(1)分式：a^r/(a-b)(a-c)+b^r/(b-c)(b-a)+c^r/(c-a)(c-b)当r=0,1时式子的值为0当r=2时值为1当r=3时值为a+b+c(2)复数由e^iθ=cosθ+isinθ,得到：sinθ=(e^iθ-e^-iθ)/2icosθ=(e^iθ+e^-iθ)/2(3)三角形设r为三角形外接圆半径，r为内切圆半径，d为外心到内心的距离，则：d^2=r^2-2rr(4)多面体设v为顶点数，e为棱数，f是面数，则v-e+f=2-2pp为欧拉示性数，例如p=0的多面体叫第零类多面体p=1的多面体叫第一类多面体(5)多边形设一个二维几何图形的顶点数为v，划分区域数为ar，一笔画笔数为b,则有：v+ar-b=1(如：矩形加上两条对角线所组成的图形，v=5,ar=4,b=8)(6)欧拉定理在同一个三角形中，它的外心circumcenter、重心gravity、九点圆圆心nine-point-center、垂心orthocenter共线。其实欧拉公式是有很多的，上面仅是几个常用的。使用欧拉定理计算足球五边形和六边形数问：足球表面由五边型和六边型的皮革拼成，计算一共有多少个这样的五边型和六边型?答：足球是多面体，满足欧拉公式f-e+v=2，其中f,e,v分别表示面,棱,顶点的个数设足球表面正五边形(黑皮子)和正六边形(白皮子)的面各有x个和y个，那么面数f=x+y棱数e=(5x+6y)/2(每条棱由一块黑皮子和一块白皮子共用)顶点数v=(5x+6y)/3(每个顶点由三块皮子共用)由欧拉公式，x+y-(5x+6y)/2+(5x+6y)/3=2，解得x=12所以共有12块黑皮子所以，黑皮子一共有12×5=60条棱，这60条棱都是与白皮子缝合在一起的对于白皮子来说：每块白色皮子的6条边中，有3条边与黑色皮子的边缝在一起，另3条边则与其它白色皮子的边缝在一起，所以白皮子所有边的一半是与黑皮子缝合在一起的那么白皮子就应该一共有60×2=120条边，120÷6=20所以共有20块白皮子欧拉大定理简单多面体的顶点数v、面数f及棱数e间有关系v+f-e=2这个公式叫欧拉公式,公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律。认识欧拉欧拉，瑞士数学家，13岁进巴塞尔大学读书，得到著名数学家贝努利的精心指导.欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家，他从19岁开始发表论文，直到76岁，他那不倦的一生，共写下了886本书籍和论文，其中在世时发表了700多篇论文。彼得堡科学院为了整理他的著作，整整用了47年。欧拉著作惊人的高产并不是偶然的。他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神，可以使他在任何不良的环境中工作：他常常抱着孩子在膝盖上完成论文。即使在他双目失明后的17年间，也没有停止对数学的研究，口述了好几本书和400余篇的论文。当他写出了计算天王星轨道的计算要领后离开了人世。欧拉永远是我们可敬的老师。欧拉研究论著几乎涉及到所有数学分支，对物理力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学、音乐都有研究!有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等是以欧拉名字命名的。欧拉写的数学教材在当时一直被当作标准教程。19世纪伟大的数学家高斯(gauss，1777-1855)曾说过“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法”。欧拉还是数学符号发明者，他创设的许多数学符号，例如π，i，e，sin，cos，tg，σ，f(x)等等，至今沿用。欧拉不仅解决了彗星轨迹的计算问题，还解决了使牛顿头痛的月离问题。对著名的“哥尼斯堡七桥问题”的完美解答开创了“图论”的研究。欧拉发现，不论什么形状的凸多面体，其顶点数v、棱数e、面数f之间总有关系v+f-e=2，此式称为欧拉公式。v+f-e即欧拉示性数，已成为“拓扑学”的基础概念。那么什么是“拓扑学”?欧拉是如何发现这个关系的?他是用什么方法研究的?今天让我们沿着欧拉的足迹，怀着崇敬的心情和欣赏的态度探索这个公式......欧拉定理的意义(1)数学规律：公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律(2)思想方法创新：定理发现证明过程中，观念上，假设它的表面是橡皮薄膜制成的，可随意拉伸;方法上将底面剪掉，化为平面图形(立体图→平面拉开图)。(3)引入拓扑学：从立体图到拉开图，各面的形状、长度、距离、面积等与度量有关的量发生了变化，而顶点数，面数，棱数等不变。定理引导我们进入一个新几何学领域：拓扑学。我们用一种可随意变形但不得撕破或粘连的材料(如橡皮波)做成的图形，拓扑学就是研究图形在这种变形过程中的不变的性质。(4)提出多面体分类方法：在欧拉公式中，f(p)=v+f-e叫做欧拉示性数。欧拉定理告诉我们，简单多面体f(p)=2。除简单多面体外，还有非简单多面体。例如，将长方体挖去一个洞，连结底面相应顶点得到的多面体。它的表面不能经过连续变形变为一个球面，而能变为一个环面。其欧拉示性数f(p)=16+16-32=0，即带一个洞的多面体的欧拉示性数为0。(5)利用欧拉定理可解决一些实际问题:如：为什么正多面体只有5种?足球与c60的关系?否有棱数为7的正多面体?等欧拉定理的证明方法1：(利用几何画板)逐步减少多面体的棱数，分析v+f-e先以简单的四面体abcd为例分析证法。去掉一个面，使它变为平面图形，四面体顶点数v、棱数v与剩下的面数f1变形后都没有变。因此，要研究v、e和f关系，只需去掉一个面变为平面图形，证v+f1-e=1(1)去掉一条棱，就减少一个面，v+f1-e不变。依次去掉所有的面，变为“树枝形”。(2)从剩下的树枝形中，每去掉一条棱，就减少一个顶点，v+f1-e不变，直至只剩下一条棱。以上过程v+f1-e不变，v+f1-e=1，所以加上去掉的一个面，v+f-e=2。对任意的简单多面体，运用这样的方法，都是只剩下一条线段。因此公式对任意简单多面体都是正确的。方法2：计算多面体各面内角和设多面体顶点数v，面数f，棱数e。剪掉一个面，使它变为平面图形(拉开图),求所有面内角总和σα一方面，在原图中利用各面求内角总和。设有f个面，各面的边数为n1,n2，…，nf，各面内角总和为：σα=[(n1-2)·1800+(n2-2)·1800+…+(nf-2)·1800]=(n1+n2+…+nf-2f)·1800=(2e-2f)·1800=(e-f)·3600(1)另一方面，在拉开图中利用顶点求内角总和。设剪去的一个面为n边形，其内角和为(n-2)·1800，则所有v个顶点中，有n个顶点在边上，v-n个顶点在中间。中间v-n个顶点处的内角和为(v-n)·3600，边上的n个顶点处的内角和(n-2)·1800。所以，多面体各面的内角总和：σα=(v-n)·3600+(n-2)·1800+(n-2)·1800=(v-2)·3600.(2)由(1)(2)得：(e-f)·3600=(v-2)·3600所以v+f-e=2.欧拉定理的运用方法(1)分式：a^r/(a-b)(a-c)+b^r/(b-c)(b-a)+c