Читаем Математика для гуманитариев. Живые лекции полностью

Математика для гуманитариев. Живые лекции

Теперь вспомним формулу куба суммы и раскроем скобки:

а + i = (m + ni)³ = m³ + 3m²ni − 3mn²− n³i = (m³− 3mn²) + i(3m²n − n³).

Комплексные числа равны, значит равны их вещественная и мнимая части:

а = m³ − 3mn², 1 = 3m²n − n³.

Я вернулся из гауссовых чисел в обычные целые числа. С помощью гауссовых чисел я сделал вывод, который никогда в жизни не сделал бы без них. Из а² = b³ − 1 я получил, что

3m²n − n³ = 1.

Теперь уже всё просто:

3m²n − n³ = 1, n(3m² − n²) = 1,

n и 3m² − n² — целые числа. Два числа дают в произведении 1 тогда и только тогда, когда они одновременно равны 1 или −1.

n = ±1, 3m² − n² = ±1.

Вы заметили, «единицу можно разложить на множители единственным способом: либо 1 умножить на 1, либо −1 умножить на −1». Второй способ неотличим от первого, так как второе решение можно сократить на «обратимое число» (−1). Так что второй случай кажется ненужным для рассмотрения — вроде как получается избыточная аргументация. Но, как будет видно ниже, второй случай отнюдь не лишний.

Мой учитель Саша Шень рассказывал замечательную историю про то, как он стал математиком «из-за избыточной аргументации». Ему подали рыбу, филе (я сам очень долго, лет до 30, думал, что филе — это название рыбы). Так вот. Ему подали филе, и он сказал: «Мама, ну тут кости! Ты можешь вынуть кости?» А мама применила следующий замечательный логический прием, поставив его на дорогу математика. Она сказала: «Так! Саша, во-первых, это филе, и костей в нём быть не может. А во-вторых, где ты видел рыбу без костей?» Саша настолько был потрясен такой «железобетонной» логикой, что после этого стал математиком.

Итак, разберем наши два случая. Хотя они одинаковы с точки зрения единственности разложения на множители, но они не одинаковы с точки зрения наличия решений!

Первый случай: n = 1, 3m² − n² = 1, следовательно, 3m² = 2. Но m — целое число. Значит, такого быть не может.

Второй случай: n = −1, 3m² − n² = −1, следовательно, 3m² = 0. Получаем m = 0.

а + i = (m + ni)³ = (0 − i)³ = (−i)³ = i.

Так как а + i = i, то а = 0. Но b³ = а² + 1, значит, b = 1.

Это — единственное решение исходного уравнения. Получается, что кроме тривиальных решений, других решений уравнения а² = b³ − 1 нет.

Из этой теории можно сделать следующий практический вывод. Если у вас с ребенком вышла такая ситуация, что он сложил из кубиков большой куб, вы украли у него кубик, и он сложит квадрат, значит, что-то не так. Значит, он кубик «украл обратно» (и их было 729 скорее всего!). Вы можете сказать: «Так, ты похитил у меня кубик!»

— Как, папа? Как ты это увидел? Ты, наверное, ясновидящий...

— Нет. Я просто умею решать диофантовы уравнения, сынок.