Autor Tema: Fermat, Ternas pitagóricas, UTF y otras curiosidades

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22 Julio, 2023, 09:26 pm
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RDC

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Hola, soy nuevo en el foro y mi único interés es el de ir aprendiendo y conversando con gente que le gusten estos temas, vale decir que algo peculiares.

La intención de este hilo es la de ir colgando ideas, anécdotas, cosillas respecto a las ternas pitagóricas, los trabajos de Fermat sobre teoría de números o sobre el UTF. De hecho, he visto muchos hilos abiertos sobre el UTF, con muchos intentos de demostración, tanto a nivel general como en casos particulares. Si alguien quiere compartir en este hilo ideas que haya descubierto o aprendido de ello, aunque a primera vista no parezcan conducir a nada, o a mucho, pues sería genial.

Debo confesar que no soy matemático y quizás algunas cosas que comente , pregunte o cuelgue sepan a tonterías o errores de principiante. Hay formalismos que no llevo aún muy bien, pero supongo que iré aprendiendo con vuestra ayuda  :). Gracias.

Sin más, lo que hoy me gustaría compartir es una pequeña demostración sobre ese pequeño reto que Fermat envió a Leibniz, y algunos otros y que pedía demostrar que la ecuación \( x^2+1=z=y^3-1 \) sólo tiene una única solución en los naturales (\( x=5 \), \( y=3 \), \( z=26 \)). A ver como lo veis -inserto link al pdf que sólo es una pg.

https://drive.google.com/file/d/1SbTO-PkdS_APXq1uLWn1qFnKXAylzbeL/view?usp=drive_link

Dicho esto, confieso que Fermat es un personaje intrigante. Lástima que no sepa suficientes matemáticas para poder valorar si podía haber llegado o no a una demostración general del UTF. Por ejemplo, este pequeño reto que propuso es muy curioso. ¿Por qué se interesó por él? ¿Qué le hacía especial a su entender? Es difícil imaginar como Fermat veía a los números, en qué tomaba atención y qué no; y cuantas cosas se calló.


Nunca nadie comprende nada exactamente de la misma manera

24 Julio, 2023, 10:40 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

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Hola

 El razonamiento que haces en el PDF que has enlazado no es correcto.

 Llegas a:

\(  y^2(y-1)=2(1+4k) \) (*)

 y que por ser \( y \) impar \( y-1=2j \). Hasta ahí de acuerdo.

 Pero luego sustituyendo y despejando en (*) escribes:

\(  y^2=\dfrac{1+4k}{j} \)

 Bien; pero (aquí empieza el problema) afirmas que el valor más grande posible de \( y \) se obtiene para \( j=1 \). Pero eso no es cierto; en primer lugar el valor de \( j \) está relacionado con el de \( y \); no es libre. De hecho \( j=(y-1)/2 \). En segundo lugar eso sería fijado el valor de \( k \) (en otro caso del numerador podría ser tan grande como queramos). Pero para un cierto valor de \( k \), puede ser que \( j=1 \) (que implica \( y=3 \)) no sea solución de la ecuación original \( y^2(y-1)=2(1+4k) \).

 Por ejemplo si \( k=151 \) tienes que \( y=11 \) es la única solución real de:

\( y^2(y-1)=2(1+4k) \)

 En ese caso \( j=5 \).

Saludos.

P.D.
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La intención de este hilo es la de ir colgando ideas, anécdotas, cosillas respecto a las ternas pitagóricas, los trabajos de Fermat sobre teoría de números o sobre el UTF.

En general es mejor que para cuestiones distintas abras hilos distintos. Si quieres seguir discutiendo este reto concreto sigue en este hilo; pero para otras cosas, aunque estén relacionadas con el UTF abre un nuevo hilo.

24 Julio, 2023, 09:58 pm
Respuesta #2

RDC

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Hola

 El razonamiento que haces en el PDF que has enlazado no es correcto.

 Llegas a:

\(  y^2(y-1)=2(1+4k) \) (*)

 y que por ser \( y \) impar \( y-1=2j \). Hasta ahí de acuerdo.

 Pero luego sustituyendo y despejando en (*) escribes:

\(  y^2=\dfrac{1+4k}{j} \)

 Bien; pero (aquí empieza el problema) afirmas que el valor más grande posible de \( y \) se obtiene para \( j=1 \). Pero eso no es cierto; en primer lugar el valor de \( j \) está relacionado con el de \( y \); no es libre. De hecho \( j=(y-1)/2 \). En segundo lugar eso sería fijado el valor de \( k \) (en otro caso del numerador podría ser tan grande como queramos). Pero para un cierto valor de \( k \), puede ser que \( j=1 \) (que implica \( y=3 \)) no sea solución de la ecuación original \( y^2(y-1)=2(1+4k) \).

 Por ejemplo si \( k=151 \) tienes que \( y=11 \) es la única solución real de:

\( y^2(y-1)=2(1+4k) \)

 En ese caso \( j=5 \).

Saludos.

P.D.
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La intención de este hilo es la de ir colgando ideas, anécdotas, cosillas respecto a las ternas pitagóricas, los trabajos de Fermat sobre teoría de números o sobre el UTF.

En general es mejor que para cuestiones distintas abras hilos distintos. Si quieres seguir discutiendo este reto concreto sigue en este hilo; pero para otras cosas, aunque estén relacionadas con el UTF abre un nuevo hilo.

Verdad, k está atado a j

Ya decía yo que parecía demasiado fácil...

Gracias por la molestia Luís!

Y tendré en cuenta esto último que comentas
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24 Julio, 2023, 11:49 pm
Respuesta #3

feriva

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25 Julio, 2023, 12:43 am
Respuesta #4

RDC

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Hola.
Aquí dice que Fermat lo demostró
https://es.wikipedia.org/wiki/Curva_de_Mordell

pero no encuentro la demostración.

Saludos.

Se supone que Fermat lo tenía demostrado, pero no lo publicó. No sé mucho más. Vi la ecuación y con el truquillo de sustituir \( x^2=y^2+8k \) pensé ilusamente que ya estaría. Pero nada. Ahora mismo he tanteado alguna otra cosa, pero no sé.


De toda formas, me parece muy curioso que Fermat enviara este reto a ciertos matemáticos de la época. ¿Qué diríais que representa? ¿Acaso nos lleva hacia alguna idea interesante?
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27 Julio, 2023, 05:54 pm
Respuesta #5

RDC

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Hola.
Aquí dice que Fermat lo demostró
https://es.wikipedia.org/wiki/Curva_de_Mordell

pero no encuentro la demostración.

Saludos.

He visto que en https://www.gaussianos.com/el-unico-es-el-26/ hablaron del tema ya hace unos años. Pero la demostración que supuestamente logró Fermat no la tenemos, y supongo que sería bastante diferente a la que allí se expone.

Le he dado vueltas estos días al tema y sólo he logrado divagar. Nada raro por cierto. Con lo cual lo dejaré de lado un tiempo. De todos modos,  parece haber algo de lo más curioso y quizás dé pistas de cómo Fermat atacó el reto.

Tenemos que Fermat nos da esta ecuación \( x^2+2=y^3 \), diciéndonos que demostremos que sólo existe una única solución para x,y como naturales.

Des del principio había planteado sustituir \( x^2=y^2+8k \), para usarlo en la ecuación de Fermat a fin de obtener esta forma: \( y^2+8k+2=y^3 \). Entonces nos quedaba \( y^2(y-1)=2+8k=2(1+4k) \). Llegado aquí daba por hecho, sin demostrar >:D, que \( y-1=2 \). Por tanto, este punto es el que he intentado solventar. ¿Cuánto puede valer \( y-1=2j \)? Visto así me parece claro que según lo que nos propone Fermat habría que demostrarse que \( y-1=2 \), obviamente con \( j=1 \).

En todo caso, lo que sí apreciamos es que siguiendo el procedimiento que elaboré entonces obtenemos la siguiente ecuación polinómica, como como se llame :P:

\( \displaystyle\frac{[1+4k]}{j}+8k=x^2 \)

Si tomamos las soluciones que nos da Fermat como únicas, entonces, lo primero es aceptar que \(  j  \) debería de ser \( 1 \), con lo cual nos queda esta ecuación:

\( [1+4k]+[8k]=x^2 \)

Lo curioso es que luego, la única solución que sería valida es aquella que \( k=2 \), la cual precisamente transforma esta ecuación polinómica en la ecuación pitagórica, \( a^2+b^2=c^2 \), con:

\( a^2=[1+4k]=y^2=9 \)
\( b^2=8k=x^2-y^2=16 \)
\( c^2=1+12k=x^2=25 \)

Es decir, la única solución del reto es la única sobre la cual la ecuación polinómica \( \displaystyle\frac{[1+4k]}{j}+8k=x^2 \) actúa como la ecuación pitagórica fundamental.

Puede darse, como nos ha mostrado Luís por ejemplo con \( k=151 \) e \(  j=5  \), que el término \( \displaystyle\frac{[1+4k]}{j} \) sea un cuadrado. O también puede darse sin problemas que lo sea \(  8k  \), por ejemplo cuando \( k=8, 8k=64 \). O simplemente que al sumar  \( \displaystyle\frac{[1+4k]}{j} \) con \( 8k \), sin que éste último sea un cuadrado, dé un \( x^2 \); como ocurre con \( j=1, k=30: [1+4·30]+[8·30]=19^2 \). Sin embargo todas estas expresiones no son soluciones al reto de Fermat. Y curiosamente la única solución parece ser aquella donde se cumple la ecuación pitagórica fundamental; \( a^2+b^2=c^2 \), con:

\( a^2=[1+4k]=y^2=9 \)
\( b^2=8k=x^2-y^2=16 \)
\( c^2=1+12k=x^2=25 \)

Después de observar esto dicho, propongo transformar la ecuación que nos da Fermat \( x^2+2=y^3 \), en este sistema de 2 ecuaciones:

\( x^2=12k+1 \)
\( y^3=12k+3 \)

Por el momento, estoy barajando la posibilidad de que la única solución para \( y^3=12k+3 \) sea precisamente k=2.  Pero estoy muy verde con ello aún; y lo voy a dejar unos días.

Un saludo!

















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04 Agosto, 2023, 04:02 pm
Respuesta #6

RDC

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Hola de nuevo a todos:

Vamos a suponer que para la igualdad propuesta por Fermat, \( x^2+2=y^3 \), además de la solución \( x=5, y=3 \) existen otras, con lo cual tales  \( x,y \) supuestos serán valores impares y corpimos más grandes que los que nos da Fermat.

Por lo tanto podemos hacer esto:

Primero suponemos que el valor de x debería ser:

\( x=2a+5 \), siendo \( a \) un nº natural cualquiera. De modo que:

\( (2a+5)^2+2=y^3 \) Desarrollamos y obtenemos:

\( (2a)^2+20a=y^3-3^3 \), con lo cual:

\( 4a(a+5)=(y-3)(y^2+9+3y) \). Ecuación [1.0]

Llegados hasta aquí quizás podamos aplicar el siguiente razonamiento:

Para empezar tnemos la primera parte de la igualdad formada por dos factores \( 4a \) y \( (a+5) \). Y luego tenemos la segunda parte de la igualdad formada, también, por 2 factores: \( (y-3) \), \( (y^2+9+3y) \)

1º parte: Vemos que los factores de la primera parte, \( 4a \) y \( (a+5) \), serán siempre coprimos excepto cuando \( a \) sea un número impar. Entonces los dos factores tendrán un único factor común del tipo \( 2^k \), los demás serán coprimos entre sí.

Por tanto podemos escribir la primera parte de la siguiente forma:

\( 4a(a+5)=[(4a·2^k)]·[\displaystyle\frac{(a+5)}{2^k}] \) con lo cual los dos factores de esta parte pasen a ser \( 4a·2^k \) y luego \( [\displaystyle\frac{(a+5)}{2^k}] \), habiendo garantizado, con ello, que ambos sean siempre coprimos.

2º parte: vemos que los factores de la segunda parte, \( (y-3) \), \( (y^2+9+3y) \), siempre serán coprimos, excepto cuando y sea un múltiplo de 3. A fin de cuentas:

\( (y-3)(y^2+9+3y)=(y-3)[(y-3)^2+9y] \) ello indica que \( (y-3) \) será siempre coprimo de \( [(y-3)^2+9y] \), excepto si y es múltiplo de 3. En tal caso, entonces, los dos factores parece que compartirán único factor común \( 3^j \). De modo que podemos escribir esta parte del siguiente modo:

\( [\displaystyle\frac{(y-3)}{3^j}][(y^2+9+3y)3^j] \), siendo \( [\displaystyle\frac{(y-3)}{3^j}] \) un factor  y \( [(y^2+9+3y)3^j] \) el otro.

Por tanto ahora podemos reescribir la ecuación [1.0], del siguiente modo:

\( [4a·2^k]·[\displaystyle\frac{(a+5)}{2^k}]=[\displaystyle\frac{(y-3)}{3^j}][(y^2+9+3y)3^j] \)

Y por paridad, considerando que los dos factores de cada parte serian coprimos entre sí, parece lícito poder emparejar estos dos factores:

\( [4a·2^k]=[\displaystyle\frac{(y-3)}{3^j}] \)

Y así obtener el valor de y:

\( y=[4a·2^k]·(3^j)+3 \)

Ahora, que ya sabemos el valor de y en base a \( a \), elevamos este y al cubo e igualamos con \( x^2+2=(2a+5)^2+2 \):


\( y^3=[(4a·2^k·3^j)+3]^3=(2a)^2+20a+27 \). Esto lo arreglamos para obtener la siguiente ecuación de 3 grado:

\( [2^k·4a·3^j]^3+4a^2[(36·2^{2k}·3^{2j})-1]+4a[(27·2^k·3^j)-5]=0 \)

Salta a la vista que la única solución natural es \( a=0 \). De modo que, en tal caso se demostraría no existir ningún \( x>5 \) capaz de satisfacer la ecuación propuesta por Fermat.











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