Альберт Виолант-и-Хольц - Том 9. Загадка Ферма. Трехвековой вызов математике

• Название: Том 9. Загадка Ферма. Трехвековой вызов математике
• Автор: Альберт Виолант-и-Хольц
• Издательство: «Де Агостини»
• Жанр: Математика
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-9774-0625-3

На первый взгляд теорема Ферма кажется очень простой. Те, кто сталкиваются с ней впервые, обычно недоумевают: почему на протяжении 380 с лишним лет математики не могли ее доказать? Однако вскоре подобные иллюзии рассеиваются, и становится понятно: теорема Ферма — одна из сложнейших математических задач всех времен. Данная книга повествует не только о Пьере Ферма и его теореме, но также о британце Эндрю Уайлсе — гениальном математике, который бросил вызов грандиозной задаче и вышел из этой схватки победителем.

---

Ферма пришло в голову заменить показатель степени, 2, другими числами: 3, 4, 3… Это не столь существенное изменение. Может показаться, что до этого мог додуматься любой. Однако с того момента, когда была открыта теорема Пифагора, до того, как Ферма внес в нее эти изменения, прошли тысячи лет. Удивительно, но, несмотря на все усилия, он никак не мог найти ни одного целого решения ни для одного из показателей степени. Невероятно. Лишь спустя много часов, потраченных на поиски, он понял, что таких решений не существует и что это можно доказать.

Он сформулировал свою знаменитую теорему и удалился на покой, не записав найденное им доказательство, оставив эту задачу потомкам. Кем был Ферма? Как он додумался до этого? Какое доказательство он нашел? Почему он не записал его?

Жизнь Ферма окутана завесой тайны. Он жил уединенной жизнью и общался с друзьями только по переписке, и только из писем нам известно о его достижениях. Он был страстным любителем математики и совершил множество удивительных открытий. Он развлекался тем, что предлагал современникам задачи, утверждая, что сам он решил их, однако же редко публиковал свои решения. О нем говорят разное, но тем не менее о нем известно куда меньше, чем хотелось бы.

Памятник Пьеру де Ферма, воздвигнутый в 1898 году Шарлем Барро. В настоящее время памятник находится в Зале знаменитостей Тулузской ратуши.

(фотография: Николя Гэрин, GFDL)

Дата рождения, семья, образование

Вот первая из загадок Ферма: никому доподлинно не известно, когда он родился. Принято считать датой и местом его рождения 17 августа 1601 года, город Бомонде-Ломань в департаменте Тарн и Гаронна на юге Франции. Эту дату предложил в 1844 году Луи Топьяк, предполагая, что Ферма был сыном Доминика Ферма, буржуа и второго консула Бомона, и Клер де Лонг, дочери дворянина Клемента де Лонга. Однако в его свидетельстве о смерти, которое хранится в семейных архивах, указано, что Ферма умер в городе Кастр 12 января 1665 года. Надпись на его надгробии, которое находится в церкви августинцев в Тулузе, гласит, что Ферма умер в возрасте 57 лет. Если верить этой надписи, то получается, что Ферма родился примерно в 1608 году.

Еще одну версию предложил аббат Дюгро в 1980 году. По его мнению, Ферма был сыном Доминика Ферма и Франсуазы Казенев, дочери купца, жившего в окрестностях Бомона. Это предположение основано на том, что в 1603 году Доминик Ферма был женат на Франсуазе, а в 1607 году — уже на Клер де Лонг.

В 2002 году Пьер Герен снова занялся этим вопросом и тщательно изучил генеалогическое древо Ферма в поисках убедительного ответа. Он получил другую дату. Таким образом, окончательный ответ на этот вопрос до сих пор не найден. Ферма мог быть сыном Клер де Лонг, происходившей из благородной французской семьи, а предполагаемой датой его рождения может являться 1605 или, что более вероятно, 1606 год. Но и это противоречит надписи на его надгробии.

По всей видимости, у Ферма был брат и две сестры. В детстве его образованием занимались монахи-францисканцы из аббатства Грансельв. О первых годах его жизни известно очень немногое. Однако в течение всей жизни Ферма был очень привязан к родным местам и не соблазнился блеском Парижа.

Нам также неизвестно, какое образование получил Ферма. Вне всяких сомнений, он был очень эрудирован: переводил классические труды, в совершенстве владел латынью и древнегреческим, а его обширные знания математики бесспорны. Но где он обучался математике? Быть может, в университете? А может, с ним занимался один из друзей семьи? О его образовании и карьере известно далеко не все, но кое-что можно узнать из его писем. В юности он поступил в Тулузский университет, чтобы завершить начатое обучение. Он хотел изучать право, и его семья поддерживала его: в то время эта профессия была очень престижной и открывала многие двери, но предполагала очень хорошее образование.

Математические круги

Впоследствии Ферма переехал в Бордо. Часть биографов считают, что там он работал адвокатом и познакомился с Жаном Бограном, который принадлежал к местному математическому обществу. По всей видимости, это произошло в августе 1626 года. В начале XVII века в научном сообществе стала понятна польза от обмена идеями. Именно тогда начали формироваться сообщества математиков, которые непрерывно обменивались результатами своих работ. Их участники предлагали друг другу задачи, находили решения, объясняли новые методы, делились идеями. Бордо был одним из центров, где бурлила научная жизнь, где находили поддержку талант и творчество. Вне всяких сомнений, эта среда привлекла молодого Ферма.

Богран в кругу друзей всегда гордился тем, что именно он открыл Ферма и во многом благодаря его усилиям работы Ферма стали столь известны. Богран позднее стал членом высших политических кругов Парижа, а также приобрел известность благодаря способностям к математике. Говорят, что он учился у самого Франсуа Виета. В Париже он был завсегдатаем математического кружка, который возглавлял Марен Мерсенн, и постоянно делился с ним своими находками и открытиями Ферма.

Сообщить какую-то идею Мерсенну означало сообщить ее всему математическому сообществу того времени. Богран также совершил путешествие в Италию, куда его пригласил французский посол Бельевр. Там он посетил Кавальери в Болонье, Кастелли в Риме и Галилея в Арчетри близ Флоренции. После возвращения в Париж он поддерживал переписку с ними. Разумеется, он рассказал им о своем друге Ферма — иначе и быть не могло.

Портрет Галилео Галилея кисти Юстуса Сустерманса, 1636 год. Галилей познакомился с работами Ферма через их общего друга Жана Бограна.

* * *

ФРАНСУА ВИЕТ

Франсуа Виет родился в 1540 году в Фонтене-ле-Конт. По профессии он был адвокатом, как и Ферма, но его подлинной страстью была математика. Став учителем юной девушки по имени Каталина де Партенеи, он начал изучать астрономию, которая была особенно интересна его ученице. Когда Виет поступил на службу к французскому королю Генриху IV, он расшифровал переписку агентов испанского короля Филиппа II, взломав шифр, состоящий более чем из 500 символов. Математики при дворе короля Испании считали, что расшифровать его было невозможно. Когда об этом стало известно в Испании, Филипп II отправил письмо Папе Римскому Пию V, обвинив Генриха IV в использовании черной магии. Говорят, что степень сосредоточенности Виета была такова, что он часто проводил за работой по три дня подряд без сна и еды. Один из известнейших исторических случаев о нем рассказал Таллеман де Рео:

«Во времена Генриха IV некий голландец по имени Адрианус Романус, сведущий в математике, пусть и в меньшей степени, чем считал он сам, написал книгу, в которой сформулировал задачу для всех европейских математиков, перечислив их поименно. В своем списке Романус не упомянул ни одного из французов. Некоторое время спустя посол Голландии встретился с королем Франции в Фонтенбло. Король с удовольствием рассказал послу о разных достопримечательностях, упомянув, какие выдающиеся представители всех профессий жили в его королевстве. "Но, сир, — сказал посол, — в вашем королевстве нет ни одного математика, ведь Адрианус Романус не упоминает ни одного француза в своем списке". "Напротив, — ответил король, — у нас есть выдающийся ученый муж. Скажите, пусть пошлют за господином Виетом". Виет явился в Фонтенбло. Посол велел разыскать книгу Адриануса Романуса, чтобы показать Виету задачу из этой книги. Виет, расположившись у одного из окон галереи, где они находились, быстро написал два решения. Ночью он отправил послу еще несколько решений, добавив, что может привести столько решений, сколько тому заблагорассудится, поскольку их было бесконечное множество». Задача Адриануса Романуса заключалась в решении уравнения 45-й степени, в котором Виет незамедлительно узнал одно из тригонометрических соотношений. Он привел 22 положительных решения этой задачи — все, которые были допустимы в математике того времени. В 1595 году Виет опубликовал ответ Адрианусу Романусу и, чтобы оценить знания оппонента, предложил тому задачу Аполлония: «Найти окружность, касающуюся трех данных окружностей». Решение этой задачи было известно Виету.

* * *

В Бордо Ферма познакомился с д’Эспанье, Филоном, Праде. В беседах с ними он расширил кругозор и узнал о многих ученых. Этьен д’Эспанье, член парламента Бордо, познакомил Ферма с работами Виета и с обозначениями, которые тот использовал. Отец д’Эспанье был первым председателем парламента Бордо и другом Виета. Нужно помнить, что в те времена знания передавались в основном среди знакомых и друзей.