フェルマーの最終定理の一般化

フェルマーの最終定理

nn を3以上の整数とするとき,xn+yn=znx^n+y^n=z^n を満たす正の整数 x,y,zx,y,z の組は存在しない。

この記事では フェルマーの最終定理 の一般化をいくつか紹介します。

オイラー予想(否定的に解決)

オイラー予想

x4+y4+z4=w4 x^4+y^4+z^4=w^4 を満たす正の整数 x,y,z,wx,y,z,w の組は存在しない。

反例(N. Elkies 1986)

958004+2175194+4145604=4224814 95800^4 + 217519^4 + 414560^4 = 422481^4

更に一般化すると次のような問題が考えられます。

一般化

x1n+x2n++xn1n=xnn {x_{1}}^n + {x_2}^n + \cdots + {x_{n-1}}^n = {x_n}^n を満たす正の整数組 (x1,x2,,xn)(x_1, x_2 , \cdots , x_n) は存在するか?

n=4,5n = 4,5 では解が見つかっています。

ビール予想(未解決)

ビール予想

a,b,c,x,y,za,b,c,x,y,z は自然数で x,y,z3x,y,z \geqq 3 とする。 ax+by=cz a^x + b^y = c^z が成立するとき,a,b,ca,b,c は共通の素因数を持つ。

x=y=zx = y = z とすると,フェルマーの最終定理が得られます。

解の例を挙げましょう。 2n+2n=2n+133+63=3553+102=15273+74=143\begin{aligned} 2^n + 2^n &= 2^{n+1} \\ 3^3 + 6^3 &= 3^5\\ 5^3 + 10^2 &= 15^2\\ 7^3 + 7^4 &= 14^3 \end{aligned}

フェルマー・カタラン予想(未解決)

フェルマー・カタラン予想

a,b,c,x,y,za,b,c,x,y,z は自然数とする。 ax+by=cz a^x + b^y = c^z 1x+1y+1z<1 \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} + \dfrac{1}{z} < 1 を満たし,a,b,ca,b,c が互いに素で (ax,by,cz)(a^x,b^y,c^z) が異なる解は有限個しかない。

フェルマー予想とカタラン予想を合体させた問題です。

解の例をいくつか挙げます。 1m+23=32(m6)25+72=34132+73=29\begin{aligned} 1^m + 2^3 &= 3^2 & (m \geqq 6)\\ 2^5 + 7^2 &= 3^4\\ 13^2 + 7^3 &= 2^9 \end{aligned}

興味がある人はチャレンジしてみてください。