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完全平方数猜想及其证明方法

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完全平方数猜想

设有一个集合 AA,这个集合中包含所有的完全平方数,以及 2233 。即 A={1,2,3,4,9,16,25...}A=\{1,2,3,4,9,16,25...\}
完全平方数猜想指,所有的正整数都可以表示为集合 AA 中若干个不同项的和。

准备

首先,考虑无数个集合 N(n)N(n)N(n)={N(n)=\{所有处在 11n2n^2 之间的正整数}\}
接着,考虑一个集合 C={C=\{所有符合该猜想的正整数}\}
然后,考虑无数个多项式 Dc(n)Dc(n),表示 nn 用此方法的表示法。

证明

显而易见,猜想是正确的。
假设我们已经知道 N(n)n>2CN(n)(n>2)∈C 。那么,考虑每一个处在区间 [n2,(n+1)2][n^2 , (n+1)^2] 内的 MM 。如果 M=(n+1)2M=(n+1)^2M=n2M=n^2,那么 MM 是完全平方数,所以 MCM∈C
如果 M(n+1)2M≠(n+1)^2 呢?这时,我们考虑使用类似于 Q+Dc(p)=MQ+Dc(p)=M 的形式来表示 Dc(m)Dc(m),其中 QQ 是完全平方数。可以发现,QQ 可以取 n2n^2 ,这时 p=Mn2p=M-n^2
那么,我们是否可以符合猜想要求地引用 Dc(p)Dc(p) 呢?可以,因为 p<n2p<n^2,所以 pN(n)p∈N(n) ,而前面我们已经知道 N(n)CN(n)∈C 了,可得 pCp∈C
那么,也许 pn2p≥n^2?不可能。回顾 pp 的定义,它是 Mn2M-n^2,其中 MM 小于 (n+1)2(n+1)^2。此时的 MM 就算取 (n+1)2(n+1)^2pp的取值也只有 (n+1)2n2=2n+1(n+1)^2-n^2=2n+1 ,然而,n>2n>2,所以显而易见地, p<n2p<n^2
综上所述,只要 N(n)n>2CN(n)(n>2)∈C,任何一个在 [n2,(n+1)2][n^2 , (n+1)^2] 间取值的 MM 都属于CC
不过,也许我们不知道 N(n)n>2CN(n)(n>2)∈C 。这时考虑 N(3)N(3) 。众所周知,3>23>2
1=11=1
2=22=2
3=33=3
4=44=4
5=4+15=4+1
6=4+26=4+2
7=4+37=4+3
8=4+3+18=4+3+1
9=99=9
接下来,使用上述推论,N(4)CN(4)∈C。比如Dc(15)=9+Dc(6)=9+4+2Dc(15)=9+Dc(6)=9+4+2
于是:
N(3)CN(3)∈C
得到N(4)CN(4)∈C
得到N(5)CN(5)∈C
得到N(6)CN(6)∈C
……
根据数学归纳法,得到对于任何nnN(n)CN(n)∈C
得到C={Z+}C=\{\mathbb{Z}^+ \}
quod erat demon-strandum.\text{quod erat demon-strandum.}

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