前面我们讨论了费马在1640年提出了数论中的一个定理:奇数可以表示为两个平方数之和的充分必要条件是该质数被4除余1,这就是数论中的费马二平方定理,不能表示成两个平方数之和的素数都是4K 3的形式,如下图所示
如果p是一个素数,则它必是奇数 偶数之和,也就是说对于4K 1的所有素数,它的一个平方数是奇数,一个平方数是偶数
所示上述可以进一步表示成:X^2 (2Y)^2,其中X^2是奇数,(2Y)^2是偶数
为了更加便于研究,我们把(2Y)^2写成4YZ,也就是Y^2用YZ来表示
当X=Y=1时,K=Z,这就是两个平方数之和的充分必要条件P=4K 1
对于一个特定的质数,例如37的基本解是1,1,9
我们由此可以找到37不定方程的所有解,我们真正感兴趣的是Y=Z的解,因为Y=Z将回归到我们问题的本质,即素数可写成整数平方和
在不定方程的解中,你会发现当Y不等于Z时,Y和Z可以互换,这样就轻易得到不定方程的另一组解
这样就37=X^2 4YZ的不定方程中,我们总共可以得到7组解,解的个数是奇数,而不是偶数,这是因为存在一个Y=Z的情况,无论Y和Z如何互换它们都是相等的
这样我们可以轻松得到41=X^2 4YZ的不定方程一定是11个解,也是奇数个解
我们可以证明对于任何4K 1素数的不定方程P=X^2 4YZ总有奇数个解,这是证明费马二平方定理的重点
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