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《数学女孩2:费马大定理》10.7 庆功宴

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10.7.1 自己家中

期末考试也终于告一段落。庆功宴当天的傍晚,大家都聚在了一起。

“打扰了。”米尔嘉说道。

“没事,欢迎欢迎。”我妈说道。

米尔嘉直勾勾地盯着我妈的脸。

“那个……有什么事吗?”

“您跟您儿子耳朵长得好像啊。”

“打……打打打打打扰了。”泰朵拉来了,样子很是紧张。

“外套挂在这边的衣架上哦。”我妈说道。

“我们这么多人来打扰您,真是不好意思。”盈盈说道。

“很期待你给我们表演钢琴哦!”我妈看起来很高兴。

“嗨~”尤里来了。

“没带男朋友来吗?”盈盈戏弄尤里。

“因为没必要。”

“来来,大家到客厅集合!披萨到了哟!”

我妈出来管事儿了。—— 话说什么时候决定吃披萨了?

“大家都拿到果汁了吧?来,干杯!”连出来宣布干杯的都是老妈,“期末考试考得怎么样?”

“喂,老妈—— 老妈!”

跟女生们说话说得不亦乐乎。咋说呢……

10.7.2 Zeta·变奏曲

“那我开始喽。”盈盈一下子坐在钢琴前。

一个音符响起。

又一个。

隔了好一阵子之后,盈盈开始慢慢地敲击键盘各处。

我以为她是试弹。

但我错了。

只见盈盈的双手在键盘上游移,速度越来越快。毫无秩序的音符间填上了其他的音符。一堆杂乱无章的音符中诞生了小小的图案,然后无数的图案开始交织,形成了更大的图案。

然后,就从离散走向了连续!

回过神来,我已经被抛向了广袤的大海。海浪,海浪,海浪,不停袭来的海浪。盈盈弹出的琴音翻涌着,卷起波浪,将我冲走。我在这激流的冲击下,完全失去了方向感,就在这一瞬间 ——

我站在了寂静的海岸边,仰望着夜空。夜空中无数的星辰就像与一个个微小的漩涡相互辉映般,闪耀着星光。对,似乎有规律,又好似没有……

“数星星的人和画星座的人。这两种人,哥哥你属于哪种?”

回过神来,盈盈的演奏不知何时已经结束了。

沉默。

三秒后,我拼命鼓掌,力气大得手都要痛了。

没想到我家的钢琴也能发出这么美妙的声音!

“真棒……太棒了!这是什么曲子?”泰朵拉问道。

“米尔嘉亲作曲,Zeta·变奏曲。”盈盈答道。

“Zeta 变奏曲……吗?”泰朵拉问道。

“对。”米尔嘉答道,“仿照在数学中普遍扩大的 Zeta,Zeta 变奏曲。不仅黎曼的 Zeta 函数是 Zeta,其实有许许多多的 Zeta 交织存在着。”

“这么说来,在讲谷山 - 志村定理的时候,学姐也提到过,是 Zeta 连接着两个世界吧。”泰朵拉说道。

“对。我简单说一下吧。用一个质数定义一个函数 ,这个质数对于椭圆曲线 E 形成好的归约。”

将积写成下面这样的形式幂级数。

用这个数列 a(k),创造下面这样的 q 展开的形式。

这样一来,F (q) 就变成了权为 2 的自守形式。 则是连接椭圆曲线这个代数对象的 Zeta。 是连接自守形式这个解析对象的 Zeta。所有的椭圆曲线都存在与其对应的,通过 Zeta 连接的自守形式。这就是谷山 - 志村定理。

代数 Zeta = 解析 Zeta

此外,我们看看欧拉乘积和黎曼的 Zeta 函数。在这边,“围绕质数的乘积”与“围绕自然数的和”相等。看,很像吧。

欧拉乘积 = 黎曼的 Zeta 函数

“说像还真是像……不过两边都叫‘Zeta’,还真是‘不拘小节地同等看待’呢。”泰朵拉说道。

“哎,尤里。”我妈悄悄向尤里搭话,“这么难的东西你能听明白吗?”

“不,听不明白。”

“数学这东西,有什么用啊……”我妈叹了口气。

“虽然不知道有什么用,不过我喜欢数学!”尤里回答道。

◎  ◎  ◎

“最后一块我就收下了啊。”我伸手准备拿披萨。

“啊!”尤里叫道。

“嗯?你想吃?那给你吧。”

“好开心喵!”

“说起来,米尔嘉讲的基本勾股数的解法好有趣啊。”

“米尔嘉大人的解法?哥哥,那是什么样的问题?”

我向尤里简要说明了我跟米尔嘉是如何解开了“是否存在无数个基本勾股数”的问题。

10.7.3 生产的孤独

“能把灯光调暗点吗?”盈盈说着,开始用爵士风格演绎巴赫的曲子。她似乎想一直担任配背景音乐的工作。房间里弥漫着轻松的气氛。

“为什么怀尔斯会……”泰朵拉突然开口,“会觉得凭一人之力就能证明呢?一个人把自己关在书房里长达七年,肯定非常孤独吧。大家一起帮忙的话岂不是很快就能证明出来了吗?”

“他想一个人实现自己的梦想吧。”米尔嘉回答道,“但是就连怀尔斯也不是全部自己完成的。数学是一门积累的学问。不管怎样的天才,都不是由零开始创造所有的数学知识的。他们也要站在其他人无数的证明结果的基础之上。”

“孤独吗……”我喃喃道,“尤里经常说‘喜欢一起思考’。但是,即使通过相互讨论创造了‘一起思考’的环境,灵感也是从每个人脑海里产生的吧。”

咦?尤里去哪儿了……环视四周,发现她在房间角落里正写着什么。

“跟生孩子一样呢。”我妈端来了茶,“有深爱的丈夫在,也有医生在,但是要‘生产’的只有将要当妈的人。谁都没法代替母亲生产。对孩子来说,只有一个母亲。”

“孤独的人会写信。”米尔嘉说道,“孤独的数学家则写论文。为了传递给未来的某个人,写一封以论文为名的信。”

“如果写了,就不孤独了。”泰朵拉突然低声说,“即使不能马上被人收到,能以语言表达出来也很重要呢……”

“确实,如果山缪没有出版那本书,费马大定理也不会传递到我们这里。”

“历史,是奇迹堆积而成的。”泰朵拉说道。

10.7.4 尤里的灵感

“哥哥,哥哥!”尤里一直没说话,这时突然叫了起来,“我列出了一串平方数哦。”

“你到底在说什么?”

尤里清了清嗓子,开始讲道:

“刚才那个‘是否存在无数个基本勾股数’的问题。我列出了一串平方数,把每个数跟它旁边的数字相减。”

“这样一来,减法运算的结果就都是奇数了呢。”

“这叫作‘差分数列’。”我说道。

“尤里你真聪明。”米尔嘉说道。

米尔嘉在夸她什么啊?

“喵哈!米尔嘉大人已经看穿了吗?因为减法这里……叫作差分数列是吗?……会出现所有的奇数,所以也就会出现奇数的平方数对吧。打个比方,刚才我写的数列里出现了 9 这个奇数的平方数,因为 32 = 9,所以 9 是奇数的平方数。也就是说,如果平方数加上奇数的平方数,就会得到下一个平方数。这不就产生了无数个基本勾股数吗?”

“我啊,在这里发现了基本勾股数 (3, 4, 5)。不过这不是人家偶然发 现的哦!差分数列的部分会出现所有奇数的平方数。也就是说,会找到无数组 (a, b, c) 这样的数字。之后我就不知道该说什么了……”

这样啊,尤里是根据无数个“奇数的平方数”来构成无数个基本勾股数的啊。

“不够公式化。”米尔嘉说道,“这没表现出互质。不过尤里已经把重要的思路讲出来了。”

“米尔嘉大人……能麻烦您继续吗?”尤里问道。

“你把接力棒交给哥哥吧。”米尔嘉说道。

“好好。”我连忙应道,开始向大家说明。

◎  ◎  ◎

之后,要证明存在无数个基本勾股数。

首先,准备一个平方数的数列。

计算 可求出差分数列。

也就是这么回事。

刚才我们得到的 4k + 1 这个式子,只要随便用一个数字代替 k,就能形成奇数的平方数。我们要这么具体地去想: 即 b = 2j - 1。

也就是说,如果 k = j(j - 1),那么 4k + 1 就是平方数。如果 j = 2,那么 k 就等于 2,此时 4k + 1 = 9 = 32。也就是说,j = 2 时可以得到 (a, b, c) = (3, 4, 5) 这组勾股数。

j = 3 时,k = 6,(a, b, c) = (12,5,13)。

j = 4 时,k = 12,(a, b, c) = (24,7,25)。

j 逐渐增大,就能创造出无数组勾股数。

接下来只要证明我们创造的勾股数是基本勾股数就行了。为此,需要证明 (a, b, c) 三个数两两互质。

因为 c = a + 1,所以 ca……是吧。因为 ca 这两个数字具有共同的质因数 p,所以 c - a 应该是 p 的倍数。又因为 c - a 等于 1,所以 ca 互质。

然后要证明 bc。假设 bc 的最大公约数为 g,令 b = gBc = gC

根据最后得出的式子 a2 = g2(C2 - B2),可知 a2 是 g2 的倍数。也就是说,ag 的倍数。另外,因为 cg_C,所以 c 也是 _g 的倍数,即 gac 的公约数。另一方面,因为 ca,所以 ac 的公约数 g 等于 1。

因为 bc 的最大公约数 g 等于 1,所以可以得出结论:bc。同理也可得出 ab

综上所述,可以创造无数个基本勾股数。

◎  ◎  ◎

“学长!这是个边长的差等于 1 的直角三角形啊!我之前一直在想,是不是能从这里着手……”

“确实。”可能只是我的研究方向跑偏了……

“我最喜欢聪明的孩子了。”米尔嘉说道,“尤里,过来一下。”

“什么?”尤里问道。

“慢着。”我拦住了尤里。

10.7.5 并非偶然

欣赏盈盈的琴声,大聊特聊,听着尤里的证明……即便没有酒,我也醉在这氛围之中了。于是我一个人去走廊“醒酒”。

呼……我倚在墙壁上,任由自己滑下来跌坐在地上。真是被尤里打败了啊。

之前我摆出一副老师的样子,教给她“基本勾股数的一般形式”和“用 t 参数化的方法”,可这次尤里靠自己思考,找出了属于自己的证明方法。而且泰朵拉还暗示过那条路。我是不是拖了泰朵拉的后腿?米尔嘉好像也说过我“不配当老师”来着。完了,感觉好失落……

泰朵拉从房间走了出来。

“学长,你怎么了?心情不好?”

她蹲在我面前,脸上写满了担心。从她身上飘来甜甜的香气。

“没什么,我自己在给自己开反省大会。”

泰朵拉一脸不解:“对了学长,那个‘M 的谜’你解开了吗?”

首字母 M 的谜。泰朵拉的挂饰。

“我认输了。只是少了爱……是吧。”

“是少了 i 的幅角。”泰朵拉看似很开心地说道,“那个挂饰不是 M,我是想把 M 逆时针旋转 90° 变成 。因为我超级喜欢数学,所以想要个 。不过因为没有,所以就用 M 代替了。”

“的确, 的挂饰哪儿都没有卖的呢。”

“希腊的话没准有卖呢。”

“那,不是某个人的名字的首字母啊……”imaginary boyfriend ?

“某个人……比如米尔嘉的 M ?”

“啊,不是……这么说来之前在图书室捉迷藏的时候,我还什么都没能说呢……”

我话刚说到一半,泰朵拉脸上突然染上了红晕,伸开双臂上下挥来挥去。是“停”的手势。我立马闭上了嘴。

“学长,你经常说相遇是个偶然对吧。不过……我能遇见学长不是偶然,是奇迹哦!”

泰朵拉满脸通红地留下这句话,就飞也似地跑回客厅了。

10.7.6 平安夜

“最后大家一起来唱首歌吧!”我妈宣布。

歌名是 —— 《平安夜》

今年马上就要落下帷幕了。虽然发生了很多事情,但比起整个数学史来说,我这一年微不足道。但对我来说,对我们来说,这是无法代替的一年。

曲终,鼓掌!大家脸颊都泛起了红潮。

“那,接下来……大家一起开始收拾!”我妈又宣布道,“公主们有我家骑士护送回家,不必担心!”我妈拍了拍我的肩膀。

“老妈……为啥这么独断专行?”

“跟你一模一样。”米尔嘉说道。