用初等理论证明FLT的任何尝试,即不使用库麦的理想素因子理论,必须叙述n=7情形阻止欧洲最优秀的数学家们的努力事实。因为他们探讨问题使用错误的方法和一些简单的思想,这些多半是费马发现的,而他们把它应用到全部情形。
1832年狄利克雷发表n=14情形FLT的证明。这个结果较n=7情形弱(每一个14次幂是7次幂,反之不行),证明在某种意义上表明对于n=7情形失效。七年以后,1839年拉梅第一个发表n=7情形的证明。证明是相当长的和需要技巧。由于它已被库麦的证明所代替,一般说来不需要再去研究它了。
1840年,勒贝格发现比拉梅更简单的证明。他使用下列多项恒等式:(x+y+z)7-(x7+y7+z7)
=7(x+y)(y+z)(z+x)\[(x2+y2+z2+xy+yz+zx)2+xyz(x+y+z)\](1)
柯西和刘维尔在转述1839年拉梅的论文时,指出另外一般多项恒等式。如果p是素数,p>3,那么(x+1)p-xp-1=px(x+1)(x2+x+1)εGp(x)(2)
这里,
ε=1,当p≡-1(mod6),2,当p≡1(mod6),0
a+b+c
=12(m-3)
(m-1)!(2a+1)!(2b+1)!(2c+1)!X2aY2bZ2c(3)
Gp(x)是整系数多项式,不是x2+x+1的倍数。
拉梅在1840年使用的恒等式是:如果m是奇数,那么(x+y+z)m-(x+y-z)m-(x-y+z)m-(-x+y+z)m。用如此复杂的工具,拉梅发表对于任意指数的FLT的“证明”。这是失败的,因为拉梅不正确地使用相当于在分圆整数环中唯一分解——这不是普遍的有效。
注关于分圆整数知识参见第四部分。
对于指数7,勒贝格证明中的主要步骤如下:1.如果x,y,z是两两互素不为零的整数,使x7+y7+z7=0
根据(1)有:
s7=7vt(4)
这里s=x+y+z
u=x2+y2+z2+xy+xz+yz
v=(x+y)(y+z)(z+x)
t=u2+xyzs(5)
2.于是v≠0,s≠0,v和s是偶数,u是奇数,t≡1(mod4),(t,xyz)=1,(t,v)=1。
3.t是某个整数的14次幂且7t。令t=q14,q|u,于是u=qr。
4.v=76P7,其中p是偶数,因此
(x+y)(x+z)(y+z)=76p7(6)
(x2+y2+z2+xy+yz+zx)2+xyzs=q14(7)
x+y+z=7pq2(8)
x2+y2+z2+xy+xz+yz=qr(9)
5.设r-1272p2q3=a,q3=a,q3=b,p2=2m+1c,处理上述关系式,得a2=b4-22m×3×74b2c2+24(m+1)×77c4(10)
这里a,b,c是奇数且互素。
6.根据(10)式推断出证明是不可能的。要对m进行归纳。作为事实的依据,实际上这步要比证明的其他部分长。