在数论 上,费马-卡塔兰猜想 是费马大定理 与卡塔兰猜想 的推广,而这猜想认为,以下的等式
a
m
+
b
n
=
c
k
{\displaystyle a^{m}+b^{n}=c^{k}\quad }
1
仅有有限多个
a
,
b
,
c
{\displaystyle a,b,c}
彼此互质,且
m
,
n
,
k
{\displaystyle m,n,k}
满足下列条件的解:
1
m
+
1
n
+
1
k
<
1.
{\displaystyle {\frac {1}{m}}+{\frac {1}{n}}+{\frac {1}{k}}<1.}
2
这个给出
m
,
n
,
k
{\displaystyle m,n,k}
条件的不等式是猜想的必要成分,而这是因为没有这不等式的话,这结果就会有无限多的解,像例如在
k
=
1
{\displaystyle k=1}
的状况下,
a
m
+
b
n
=
c
{\displaystyle a^{m}+b^{n}=c}
显然有无限多的解;而在
m
=
n
=
k
=
2
{\displaystyle m=n=k=2}
的状况下该等式就是毕达哥拉斯定理 ,而目前已知有无限多个毕氏三元数 存在。
截至2015年 为止,等式(1)已知有十个满足不等式(2)的解,而这些解如下:[ 1]
1
m
+
2
3
=
3
2
{\displaystyle 1^{m}+2^{3}=3^{2}\;}
(在
m
>
6
{\displaystyle m>6}
的状况下这满足不等式(2))
2
5
+
7
2
=
3
4
{\displaystyle 2^{5}+7^{2}=3^{4}\;}
7
3
+
13
2
=
2
9
{\displaystyle 7^{3}+13^{2}=2^{9}\;}
2
7
+
17
3
=
71
2
{\displaystyle 2^{7}+17^{3}=71^{2}\;}
3
5
+
11
4
=
122
2
{\displaystyle 3^{5}+11^{4}=122^{2}\;}
33
8
+
1549034
2
=
15613
3
{\displaystyle 33^{8}+1549034^{2}=15613^{3}\;}
1414
3
+
2213459
2
=
65
7
{\displaystyle 1414^{3}+2213459^{2}=65^{7}\;}
9262
3
+
15312283
2
=
113
7
{\displaystyle 9262^{3}+15312283^{2}=113^{7}\;}
17
7
+
76271
3
=
21063928
2
{\displaystyle 17^{7}+76271^{3}=21063928^{2}\;}
43
8
+
96222
3
=
30042907
2
{\displaystyle 43^{8}+96222^{3}=30042907^{2}\;}
根据在普雷达·米哈伊列斯库 于2002年证明的卡塔兰猜想,这些等式中的第一个,也就是
1
m
+
2
3
=
3
2
{\displaystyle 1^{m}+2^{3}=3^{2}\;}
,是唯一满足
a
,
b
,
c
{\displaystyle a,b,c}
其中一个是1的解。尽管因为
m
{\displaystyle m}
可以是大于6的任意数之故,因此
1
m
+
2
3
=
3
2
{\displaystyle 1^{m}+2^{3}=3^{2}\;}
等同于有无限多解,这些解只对
(
a
m
,
b
n
,
c
k
)
{\displaystyle (a^{m},b^{n},c^{k})}
这三元数给出一组解。
根据利用了法尔廷斯定理 的达尔蒙-关维定理(Darmon–Granville theorem),对于任意特定不等式(2)的三元数组
(
m
,
n
,
k
)
{\displaystyle (m,n,k)}
,等式(1)仅有有限解;[ 2] [ 3] :p. 64 然而完整的费马-卡塔兰猜想强于此,而这是因为完整的猜想允许
m
,
n
,
k
{\displaystyle m,n,k}
这三个指数项是任意数之故。
abc猜想 可导出费马-卡塔兰猜想。[ 4]
亦可见贝亚尔猜想 一文的内容以得知已证实不可能的指数组合;而贝亚尔猜想为真,当且仅当所有的费马-卡塔兰猜想都有
m
=
2
{\displaystyle m=2}
、
n
=
2
{\displaystyle n=2}
或
k
=
2
{\displaystyle k=2}
。
^ Pomerance, Carl , Computational Number Theory, Gowers, Timothy ; Barrow-Green, June; Leader, Imre (编), The Princeton Companion to Mathematics , Princeton University Press: 361–362, 2008, ISBN 978-0-691-11880-2 .
^ Darmon, H.; Granville, A. On the equations z m = F (x , y ) and Ax p + By q = Cz r . Bulletin of the London Mathematical Society. 1995, 27 : 513–43. doi:10.1112/blms/27.6.513 .
^ Elkies, Noam D. The ABC's of Number Theory (PDF) . The Harvard College Mathematics Review. 2007, 1 (1) [2023-01-10 ] . (原始内容存档 (PDF) 于2016-03-10).
^ Waldschmidt, Michel . Lecture on the
a
b
c
{\displaystyle abc}
conjecture and some of its consequences. Mathematics in the 21st century (PDF) . Springer Proc. Math. Stat. 98 . Basel: Springer. 2015: 211–230 [2023-01-10 ] . MR 3298238 . doi:10.1007/978-3-0348-0859-0_13 . (原始内容存档 (PDF) 于2023-12-03).