現代数学の系譜工学物理雑談古典ガロア理論も読む83

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168: １３２人目の素数さん [sage] 2020/02/11(火) 15:27:47 ID:Ft3PUJtH

或る3以上の整数nが存在して、何れも或る3つの正整数 x、y、z が存在して、x^n+y^n＝z^n が成り立つとする。
Euclid 平面 R^2 上の半径1の円周をCで表す。
仮定から、nは3以上の整数だから、仮定で成り立つとした等式 x^n+y^n＝z^n から、
3つの正整数 x、y、z の大小関係について、0＜x＜z、0＜y＜z が両方共に成り立つ。
仮定から x、y、z は何れも有理整数だから、x、y、z∈Z。また、有理数体Qは有理整数環Zの商体だから、Z⊂Q。
よって、z＞0 から、x/z、y/z∈Q。0＜x＜z だから、0＜x/z＜1。同様に、0＜y＜z だから、0＜y/z＜1。
平面 R^2 上で点 A(x/z,y/z) と原点 O(0,0) とを結ぶ線分と、x軸正方向とのなす角をθとする。
0＜x/z＜1、0＜y/z＜1 が両方共に成り立つから、0＜θ＜π/2 である。
平面 R^2 上の半径1の円周上には、a^2+b^2＝1、0≦|a|≦1、0≦|b|≦1 を何れも満たしているような有理点 (a,b) が稠密に分布する。
逆に、a^2+b^2＝1、0≦|a|≦1、0≦|b|≦1 を何れも満たしているような有理点 (a,b) は、すべて平面 R^2 上の半径1の円周上に存在する。
このことに注意して、有理点 A(x/z,y/z) が存在する位置について場合分けをする。
Case1)：平面 R^2 上の半径1の円周上に有理点 A(x/z,y/z) は存在するとき。
0＜x/z＜1、0＜y/z＜1 から、確かに平面 R^2 上の半径1の円周上に有理点 A(x/z,y/z) は存在し、(x/z)^2+(y/z)^2＝1 を満たすことになる。
θの定義と 0＜θ＜π/2、0＜x/z＜1 から、cos(θ)＝x/z。同様に、θの定義と 0＜θ＜π/2、0＜y/z＜1 から、sin(θ)＝y/z。
仮定において成り立つとした等式 x^n+y^n＝z^n から、(x/z)^n+(y/z)^n＝1。よって、cos^n(θ)＋sin^n(θ)＝1 となる。
しかし、仮定から n≧3 であり、0＜θ＜π/2 から 0＜cos(θ)＝x/z＜1、0＜sin(θ)＝y/z＜1 だから、
0＜cos^n(θ)＋sin^n(θ)＜1 から cos^n(θ)＋sin^n(θ)≠1 となって矛盾が生じる。

http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1581243504/168

172: １３２人目の素数さん [sage] 2020/02/11(火) 15:32:42 ID:Ft3PUJtH

(>>169の続き)
Case3)：平面 R^2 上の半径1の円周で囲まれた円の外側に有理点 A(x/z,y/z) が存在するとき。
このとき、確かに平面 R^2 上の半径1の円周で囲まれた円の外側に有理点 A(x/z,y/z) は存在し、(x/z)^2+(y/z)^2＞1 を満たす。
よって、x^2＋y^2＞z^2 を得る。故に、平面 R^2 上の半径zの円周で囲まれた円の外側に有理点 B(x,y) は存在する。
3つの正整数x、y、zについて、0＜x＜z かつ 0＜y＜z なることと 0＜x/z＜1 かつ 0＜y/z＜1 こととは同値である。
また、確かに 0＜x＜z かつ 0＜y＜z だから、x^2＋y^2＜4z^2。よって、x^2+y^2＜(2z)^2 から ( x/(2z) )^2＋( y/(2z) )^2＜1 を得る。
zは正整数だから、2zは正整数である。よって、有理点 C(x/(2z),y/(2z)) は平面 R^2 上の半径1の円周で囲まれた円の中に存在する。
3つの正整数x、y、2zについて、0＜x＜2z かつ 0＜y＜2z なることと 0＜x/(2z)＜1 かつ 0＜y/(2z)＜1 なることとは同値である。
また、確かに 0＜x＜2z かつ 0＜y＜2z である。よって、確かに 0＜x/(2z)＜1 かつ 0＜y/(2z)＜1 である。
平面 R^2 上において、4つの有理点 O(0,0)、C(x/(2z),y/(2z))、A(x/z,y/z)、B(x,y) はその順に一直線上に並んでいるから、
(x/(2z))^2+(y/(2z))^2＜1 に注意すると、θの定義と 0＜θ＜π/2、0＜x/(2z)＜1 から、
或る2より大きい実数sが存在して、cos(θ)＝(sx)/(2z)。このとき、同様に考えると、θの定義と 0＜θ＜π/2、0＜y/(2z)＜1 から、
sin(θ) はsを用いて sin(θ)＝(sy)/(2z) と表わされる。よって、cos^2(θ)＋sin^2(θ)＝1 から、(x/z)^2＋(y/z)^2＝(2/s)^2 を得る。
故に、s＞2 から (x/z)^2＋(y/z)^2＜1。仮定から n≧3 だから、(x/z)^n+(y/z)^n＜1。
しかし、これは仮定で等式 (x/z)^n+(y/z)^n＝1 が成り立つと仮定したことに反し矛盾が生じる。
Case1)、Case2)、Case3)から、有理点 A(x/z,y/z) が存在し得る位置について、何れの場合においても矛盾が生じる。
背理法が適用出来るから、背理法を適用すれば、どんな3以上の整数nに対しても、x^n+y^n＝z^n を満たす3つの正整数x、y、zは存在しない。

http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/math/1581243504/172

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