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TERNAS FERMATIANAS




     Maryi González
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]




      60
[TERNAS FERMATIANAS]          III




                                 AGRADECIMIENTO


A Dios quien me ha dado la oportunidad de estudiar Matemática y quien me ha ayudado
a perseverar en esta hermosa carrera.
A mis padres, por el apoyo incondicional, por sus sabios consejos, y sobre todo porque
fueron ellos quienes me animaron a estudiar Matemática. Por su confianza en mí y por
la educación que me han dado.
A mi hermano, a mis amigos, a cada uno de los profesores que contribuyeron a mi
formación como estudiante.




                                                                                 61
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]




                                 DEDICATORIA


A mis padres Benilda Pérez y Yobani González. En especial, dedico este trabajo a
Giovany González, mi hermano, que quiero mucho y que desde que nació siempre ha
estado conmigo.




      62
[TERNAS FERMATIANAS]           III




                               OBJETIVOS


 Introducir el concepto de Terna Fermatiana en la Aritmética sin llevar.
 Determinar las Ternas Fermatianas cuyas componentes poseen un solo dígito.




                                                                            63
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]




                                   INTRODUCCIÓN


Todo cuanto sabemos de Matemática lo debemos a esos grandes héroes de la Matemática
que la Historia memora por haber perseverado en la expansión del conocimiento
matemático, pero sobre todo por haber perseverado en la búsqueda de la verdad absoluta.


A fin de hacer Matemática, este trabajo desarrolla en “Otras Aritméticas” uno de los
problemas matemáticos que ha tardado más años en demostrarse, este es El Último
Teorema de Fermat.


¿Será cierto este teorema en estas “Otras Aritméticas”? o ¿Existirán ternas propias de estas
“Otras Aritméticas” que satisfagan la ecuación xn + yn = zn?


Este trabajo monográfico titulado Ternas Fermatianas da respuestas a estas preguntas y
otras más que serán respondidas a medida que vayamos profundizando en el tema. Ternas
Fermatianas es un concepto nuevo en Matemática, de hecho ha sido creado y utilizado
exclusivamente en este trabajo.




      64
[TERNAS FERMATIANAS]             III



“…adoré cada minuto de los primero siete años que trabajé en este problema por más duro que
haya sido. Hubo retrocesos, cosas que parecían ser irremontables pero estaba envuelto en una
clase de batalla privada y muy personal.”
ANDREW WILES


   1. El Último Teorema de Fermat


Este teorema después de más de 350 años de intentos de demostración, fue demostrado el
19 de septiembre de 1994 por Andrew Wiles, un matemático británico.


Wiles demostró que es cierto que la ecuación xn + yn = zn no tiene soluciones enteras
distintas de cero para x, y y z cuando n > 2.


Antecedentes Históricos


Pierre de Fermat


Pierre de Fermat, matemático francés, quien es conocido por muchos como el padre de la
Teoría de Números estuvo fuertemente influenciado por la Aritmética de Diofanto, una
obra muy influyente en el desarrollo de la Matemática.


Fermat poseía una copia de la traducción latina de la Aritmética de Diofanto; esta
traducción fue realizada por Claude Gaspard Bachet de Méziriac, matemático francés, en
el año 1621.


Cinco años después de que falleciera Fermat, Clément Samuel, su hijo, publicó este libro
con todas las anotaciones hechas por su padre. La anotación más famosa, hoy conocida
como el Último Teorema de Fermat, es esta: “No es posible expresar un cubo como la
suma de dos cubos o expresar una cuarta potencia como la suma de dos cuartas




                                                                                         65
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

potencias o expresar, en general, cualquier potencia mayor de dos como la suma de dos
potencias iguales”.

En ese mismo margen del libro escribió: “para este hecho he encontrado una
demostración excelente. El margen es demasiado pequeño para que la demostración
quepa en él.”


Fermat aseguraba que tenía una demostración maravillosa para esa afirmación, pero
¿Cuál era? Nunca se encontró tal demostración. Fermat solo dejó la demostración para el
caso n= 4, y de lo otro solo aseguró tener una demostración maravillosa. Este hecho hizo
que los matemáticos se interesaran en el problema e intentaran demostrarlo.


En el año 1707, cien años después de haber aparecido tal conjetura, nace Leonard Euler,
suizo reconocido como uno de los más grandes matemáticos de todos los tiempos. En el
año 1735, Euler demostró el Último Teorema de Fermat para el caso n=3; es decir
demostró que no existen ternas que satisfagan la ecuación: x3 + y3 = z3.


Sophie Germain, espléndida mujer de ciencia que estudió Matemática a pesar de las
dificultades de la época, nació en el año 1776. Como la Matemática era su fascinación
también intentó demostrar el UTF pero tenía una ambición mayor, no quería demostrarlos
para casos particulares sino general. Sophie Germain desarrolló lo que hoy conocemos
como Teorema de Germain. Este teorema probó que el UTF era verdadero para cualquier
n que fuese un número primo menor que 100. Para ello, adoptó esta estrategia: si n es un
número primo y 2n+ 1 también lo es, entonces xn + yn = zn no tiene soluciones enteras no
triviales.


En el año 1752 nace Adrien-Marie Legendre y en el año 1805 nace Peter Gustav Lejeune
Dirichlet, ambos franceses. En el año 1825, Legendre con más de 70 años y Dirichlet,
con tan solo 20 años, demuestran el UTF para el caso n=5. Ambos de manera
independiente. Más tarde, en el año 1832, Dirichlet lo demuestra para el caso n=14.




      66
[TERNAS FERMATIANAS]          III




En 1795 nace otro francés que también se interesó por la resolución de ese problema y en
el año 1839, con 44 años, demuestra el UTF para el caso n=7.


Augustin Cauchy y Lamé Cauchy, en el año 1847, declararon haber tenido la
demostración    del   Último    Teorema    de   Fermat.    Ambos     habían   trabajado
independientemente y presentaron ante la Academia Francesa tales demostraciones pues
quien diera con ella sería premiado con una medalla de oro y 3000 francos, y obviamente
el reconocimiento de tal demostración que se había resistido por tantos años. Pero no
resultó así. Una vez más las demostraciones contenían errores y el problema seguía sin
resolverse. Esto aparentemente parecía fatal, pero no era así, Ernts Kummer utilizando
algunas técnicas probó que para algunos n hasta n=31, el Último Teorema de Fermat era
cierto.


Ya en el siglo XX, específicamente en el año 1983, Gerd Faltings, matemático alemán,
no demostró el teorema (conjetura en aquella época) pero hizo un aporte significativo
pues delimitaba el número de ternas que daban solución a la ecuación xn+ yn=zn.
Por lo que había demostrado que si la ecuación tenía solución, estas soluciones no eran
infinitas.


En el año 1988, Yoichi Miyaoka, matemático japonés, presentó una prueba del problema.
Otra vez tal prueba contenía errores, pero como siempre se había creado nuevas
herramientas matemáticas.


Finalmente, en el año 1954, dos jóvenes matemáticos: Goro Shimura y Yutaka Taniyama
plantean una conjetura definitiva en la prueba del UTF. Shimura y Taniyama estudiaron
un tópico conocido como Formas Modulares. La conjetura de Taniyama–Shimura
establece que cada curva elíptica puede asociarse unívocamente con un objeto
matemático denominado forma modular.




                                                                                   67
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

La demostración de esta conjetura no pudo concluirse pese a que Yutaka Taniyama se
suicidó, pero afortunadamente para Wiles que desde que tenía 10 años su anhelado sueño
era demostrar este teorema, Gerhard Frey en 1984 conjeturó que si la ecuación xn+yn=zn
tenía solución entonces existía una curva elíptica de la forma y² = x(x - ap)(x + bp) que no
era modular.


Por otra parte, Wiles trabajaba en la conjetura Taniyama - Shimura y mientras lo hacía,
en el año 1986, Kennet Ribet, precisa que tal curva elíptica enunciada por Frey no existía
si la conjetura Taniyama – Shimura era cierta.


Unos años más tarde, Wiles presenta su demostración de la conjetura Taniyama-Shimura,
que de ser aceptada por los expertos había demostrado el UTF, pero no sucedió así, tal
demostración contenía errores. Sin embargo, Wiles no se rindió y el 19 de septiembre de
1994 había derrotado un problema que se había resistido a los más grandes matemáticos
por más de tres siglos.


       2. Otras Aritméticas


En esta sección definiremos dos nuevas Aritméticas, no inventadas sino definidas en los
artículos Carryless Arithmetic Mod 10 y Dismal Arithmetic. El primero publicado el 7
de julio de 2011 y el segundo, el 6 de julio de 2011.


        Aritmética Sin Llevar


Definición de la Suma para números de un solo dígito
Cada vez que se suman dos números en esta Aritmética se suman como comúnmente lo
hacemos pero el resultado es módulo 10.


Es decir: Sea x, y números de un solo dígito entonces la suma de x + y = ( x+y) (mod 10).




      68
[TERNAS FERMATIANAS]        III




Ejemplos:


2 + 4 = 6 (mod 10) = 6                         4 + 9 = 13 (mod 10) = 3
9 + 8 = 17 (mod 10) = 7                        2 + 9 = 11 (mod 10) = 1
5 + 7 = 12 (mod 10) = 2                        7 + 3 = 10 (mod 10) = 0




Definición del Producto para números de un solo dígito
Cada vez que se multiplican dos números en esta Aritmética se multiplican como
comúnmente lo hacemos pero el resultado, al igual que la suma, es módulo 10.


Es decir: Sea x, y números de un dígito entonces el producto de x*y = (x*y) (mod 10)


Ejemplos:
2 * 5 = 10 (mod 10) = 0                        5 * 3 = 15 (mod 10) = 5
9 * 7 = 63 (mod 10) = 3                        4 * 7 = 28 (mod 10) = 8
6 * 7 = 42 (mod 10) = 2                        9 * 3 = 27 (mod 10) = 7




Potencias de números de un solo dígito
Ya definido el producto entre números de un dígito podemos deducir cómo son las
potencias de cualquier número. Será así: xn = xn (mod 10)


Ejemplos:
72 = 72 (mod 10) = 49 (mod 10) = 9             22 = 22 (mod 10) = 4 (mod 10) = 4
83 = 83 (mod 10) = 512 (mod10) = 2             54 = 54 (mod 10) = 5 (mod 10) = 5
35 = 35 (mod 10) = 243 (mod 10) = 3




                                                                                   69
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

        Aritmética Dismal


Definición de la Suma para números de un solo dígito
Cada vez que se suman dos números en esta Aritmética el resultado siempre es el mayor
de los dos.


Ejemplos:
5+7= 7                                         9+8=9
8+1=8                                          3+2=3
0+9=9




Definición de la Producto para números de un solo dígito
Cada vez que se multiplican dos números en esta Aritmética el resultado siempre es el
menor de los dos.


Ejemplos:
5*7=5                                          9*8=8
8*1=1                                          3*2=2
0*9=0




Potencias de números de un solo dígito
Ya definido el producto entre números de un dígito podemos deducir cómo son las
potencias de cualquier número. Será así: xn = x para todo x.


Ejemplos:
2*2=2                                          3* 3 = 3




      70
[TERNAS FERMATIANAS]            III




    3. El Último Teorema de Fermat y Ternas Fermatianas


De lo que hemos mencionado del Último Teorema de Fermat sabemos que cada intento
de demostración de este teorema expandió el conocimiento matemático. Por esta razón, y
con nuevas definiciones de suma y producto provistas por la Aritmética Sin Llevar y la
Aritmética Dismal nos preguntamos: ¿Será cierto este teorema en estas Aritméticas?


El Último Teorema de Fermat se enuncia de la siguiente manera:
La ecuación
                                        xn + yn = zn
No tiene soluciones enteras distintas de cero para x, y y z cuando n > 2.


Volvemos a plantearnos la pregunta: ¿Será cierto este teorema en la Aritmética Sin
Llevar? La respuesta es no. Pues sí existen ternas que satisfacen la ecuación xn + yn = zn.


Ejemplos:
Para n= 3  (4, 5, 9) pues 43 + 53 = 93
Para n= 4  (6, 5, 1) pues 64 + 54 = 14
Para n= 5  (4, 1, 5) pues 45 + 15 = 55


Estos ejemplos de ternas son suficientes para afirmar que el Último Teorema de Fermat
no es cierto en la Aritmética Sin Llevar.


Nos preguntamos ahora: ¿Será cierto este teorema en la Aritmética Dismal? La respuesta
es no. Pues para esta Aritmética también existen ternas que satisfacen la ecuación
xn + yn = zn. Estas ternas son muy fáciles de conseguir pues las definiciones de las
operaciones de suma y producto en esta Aritmética induce a que generar estas ternas
resulten triviales.




                                                                                       71
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

Ejemplos:
Para n = 3  (2, 3, 2)
Para n = 4  (4, 4 ,4)
Para n = 5  ( 2, 8, 8)


De manera general,        para todo n  (x, x, x) es una terna que satisface la
ecuación del Último Teorema de Fermat. Otras ternas son de la forma: (a, x, a) si x < a
o (a, x, x) si x > a.


Una vez que hemos verificado que el Último Teorema de Fermat es falso en ambas
Aritméticas, procedemos a definir qué es una Terna Fermatiana.




       4. Definición de Ternas Fermatianas


Para definir Ternas Fermatianas consideramos la ecuación de Fermat xn+yn=zn donde
x,y,z son enteros positivos y n>2.


Una Terna de enteros no nulos (x, y, z) es Fermatiana si satisface la ecuación x n+yn=zn,
para algún n≥2.


¿Cuántas Ternas Fermatianas serán de un dígito en la Aritmética Sin Llevar?


Puesto que en la Aritmética Dismal es muy trivial entonces solo nos enfocaremos en dar
respuestas en la Aritmética Sin Llevar. Para ello procederemos a hacer un estudio del
comportamiento de sus potencias.




      72
[TERNAS FERMATIANAS]        III


         Potencias en la Aritmética Sin Llevar para números de un dígito


Potencias de 2     Potencias de 3       Potencias de 4        Potencias de 5

  21       2       31      3                41       4        51      5
  22       4       32      9                42       6        52      5
  23       8       33      7                43       4        53      5
  24       6       34      1                44       6        54      5
  25       2       35      3                45       4        55      5
  26       4       36      9                46       6        56      5
  27       8       37      7                47       4        57      5
  28       6       38      1                48       6        58      5
  29       2       39      3              … 49       4        59      5



                                                     …
 …


         …




                                                               …


                                                                          …
                    …


                               …




Potencias de 6    Potencias de 7      Potencias de 8        Potencias de 9
  61       6       71       7          81        8            91       9
  62       6       72       9          82        4            92       1
  63       6       73       3          83        2            93       9
  64       6       74       1          84        6            94       1
  65       6       75       7          85        8            95       9
  66       6       76       9          86        4            96       1
  67       6       77       3          87        2            97       9
  68       6       78       1          88        6            98       1
  69       6       79       7          89        8            99       9
 …


         …



                  …


                           …



                                      …


                                                 …




                                                             …


                                                                      …




Observaciones:


                                                                                73
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

Las potencias en la Aritmética Sin Llevar para números de un dígito suelen repetirse cada
tantas veces. Por tanto, podemos decir que:
        Las potencias de 1 es de ciclo 1.
        Las potencias de 2 es de ciclo 4.
        Las potencias de 3 es de ciclo 4.
        Las potencias de 4 es de ciclo 2.
        Las potencias de 5 es de ciclo 1.
        Las potencias de 6 es de ciclo 1.
        Las potencias de 7 es de ciclo 4.
        Las potencias de 8 es de ciclo 4.
        Las potencias de 9 es de ciclo 2.


Como el ciclo mayor de todas las potencias de un dígito es 4, entonces para generar todas
las ternas de un dígito será suficiente que tomemos las ternas que se generan para n=2,
n=3 y n=4.


Ternas para n=2


Aquí empezaremos a resumir el procedimiento que seguiremos para determinar todas las
ternas. Primero: sumaremos todas las potencias cuadradas,; luego, nos fijaremos si el
resultado de la suma es un número cuadrado en la Aritmética sin llevar.


Estos son los cuadrados de todas las potencias de un d:


            12     22       32       42       52     62      72       82       92
            1       4       9        6        5      6        9           4     1




      74
[TERNAS FERMATIANAS]        III


Ahora sumaremos una a una cada potencia para saber cuál de estas sumas da un
cuadrado.


              1         2         3        4         5         6      7      8        9
     +        1         4         9        6         5         6      9      4        1
1    1        2         5         0        7         6         7      0      5        2
2    4        5         8         3        0         9         0      3      8        5
3    9        0         3         8        5         4         5      8      3        0
4    6        7         0         5        2         1         2      5      0        7
5    5        6         9         4        1         0         1      4      9        6
6    6        7         0         5        2         1         2      5      0        7
7    9        0         3         8        5         4         5      8      3        0
8    4        5         8         3        0         9         0      3      8        5
9    1        2         5         0        7         6         7      0      5        2


En la segunda columna y la segunda fila se encuentran los cuadrados de todos los
números de un dígito. Luego sumamos unos con otros en la Aritmética Sin Llevar. Los
números marcados en negrita , resultantes de la suma, son cuadrados. De modo que las
ternas se forman así: la primera componente lo comprenden los números que están en la
primera columna; la segunda componente lo comprenden los números de la primera fila
de la tabla; y la tercera componente lo comprenden las potencias que al sumar la primera
y segunda componente resulte un cuadrado. Por ejemplo: observando la segunda columna
y la segunda fila, sumemos: 4 + 5 = 9. Esto es el resultado de sumar: 22 + 52= 32            o
22 + 52 = 72. Luego, las ternas serían (2, 5, 3), (2, 5, 7).


De esta misma manera se procederá para n=3 y n= 4. Utilizando el Software Mathematica
8 generaremos todas las ternas de un dígito que sean Fermatianas.




                                                                                      75
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

       5. Programas para generar Ternas Fermatianas de un solo dígito de la
            Aritmética Sin Llevar.


Primero incluimos las funciones que nos ayudarán a crear nuestro programa.


Función F10
Este programa exige un número de entrada de n cifras y lo transforma en un polinomio de
grado n-1.




Veamos cómo funciona. Introduciremos el número 456.




Función ProductoSinLlevar
Este programa exige dos números como parámetro de entrada y realiza el producto de
éstos en la Aritmética Sin Llevar.




Para crear esta segunda función hicimos uso de la Función F10 para transformar los
números en polinomios. Luego, la función propia de Mathematica 8, PolynomialMod




      76
[TERNAS FERMATIANAS]           III


luego de hacer el producto de los dos polinomios da como salida el polinomio resultante
con los coeficientes de cada término módulo 10.


Por ejemplo:




Después de esto, la función CoefficientList, también propia de Mathematica 8, da como
parámetros de salida sólo los coeficientes módulo 10. Tomando el ejemplo anterior sería:
{8, 4, 5, 4} Luego, se utiliza la función Reverse para que los términos se den
ordenadamente: {4, 5, 4, 8} Finalmente, se utiliza la función FromDigits que devuelve
una lista de números como un número. En nuestro caso será el producto de los dos
números dados. Es decir devolverá: 4548 que es el resultado de multiplicar 72 * 234 en la
Aritmética Sin Llevar.


Podemos verificarlo




Función PotenciaSinLlevar
Esta función exige dos parámetros de entrada un número y la potencia que se desea
calcular.




Para crear esta función hicimos uso de la función ProductoSinLlevar. El proceso es el
siguiente: con un For multiplicamos el número (primer parámetro de entrada) tantas
veces lo diga el segundo parámetro de entrada.


                                                                                    77
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]




Función SumaSinLlevar

Esta función realiza la suma de dos números en la Aritmética Sin Llevar. Este programa
sigue el mismo procedimiento del Producto Sin Llevar.




Sumemos los números: 456 y 7643




Luego de haber introducido las funciones Potencia, Producto y Suma Sin Llevar,
procedemos a presentar el programa que genera las ternas Fermatianas.




      78
[TERNAS FERMATIANAS]            III




En este programa se utiliza un contador y se crea una tabla cuyos elementos son listas
vacías. Esta tabla es de tamaño 729 debido a que estas representan las cantidades de ternas
Fermatianas posibles de existir. Posteriormente, se construye la siguiente matriz que
representa las potencias de los números de un dígito hasta el exponente 4.




Los otros dos ciclos anidados controlan las variaciones por columnas y por filas y
verifican si la terna correspondiente es Fermatiana. Se hace sumando elementos de una
misma columna y verificando si es número que pertenece a esa columna. Si lo es cuenta
como terna Fermatiana de lo contrario no.


En este programa la salida en cada una de las listas: los dos primeros elementos forman
ternas Fermatianas con cada uno de los restantes.



                                                                                      79
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]



{{1, 2, 5}, {1, 5, 4, 6}, {1, 8, 5}, {2, 1, 5}, {2, 5, 3, 7}, {2, 9, 5}, {3, 4, 5}, {3, 5, 2, 8},
{3, 6, 5}, {4, 3, 5}, {4, 5, 1, 9}, {4, 7, 5}, {5, 1, 4, 6}, {5, 2, 3, 7}, {5, 3, 2, 8},
{5, 4, 1, 9}, {5, 6, 1, 9}, {5, 7, 2, 8}, {5, 8, 3, 7}, {5, 9, 4, 6}, {6, 3, 5}, {6, 5, 1, 9},
{6, 7, 5}, {7, 4, 5}, {7, 5, 2, 8}, {7, 6, 5}, {8, 1, 5}, {8, 5, 3, 7}, {8, 9, 5}, {9, 2, 5},
{9, 5, 4, 6}, {9, 8, 5}, {1, 1, 8}, {1, 2, 9}, {1, 3, 2}, {1, 4, 5}, {1, 5, 6}, {1, 6, 3},
{1, 7, 4}, {1, 8, 7}, {2, 1, 9}, {2, 2, 6}, {2, 3, 5}, {2, 4, 8}, {2, 5, 7}, {2, 6, 4}, {2, 7, 1},
{2, 9, 3}, {3, 1, 2}, {3, 2, 5}, {3, 3, 4}, {3, 4, 1}, {3, 5, 8}, {3, 6, 7}, {3, 8, 9}, {3, 9, 6},
{4, 1, 5}, {4, 2, 8}, {4, 3, 1}, {4, 4, 2}, {4, 5, 9}, {4, 7, 3}, {4, 8, 6}, {4, 9, 7}, {5, 1, 6},
{5, 2, 7}, {5, 3, 8}, {5, 4, 9}, {5, 6, 1}, {5, 7, 2}, {5, 8, 3}, {5, 9, 4}, {6, 1, 3}, {6, 2, 4},
{6, 3, 7}, {6, 5, 1}, {6, 6, 8}, {6, 7, 9}, {6, 8, 2}, {6, 9, 5}, {7, 1, 4}, {7, 2, 1}, {7, 4, 3},
{7, 5, 2}, {7, 6, 9}, {7, 7, 6}, {7, 8, 5}, {7, 9, 8}, {8, 1, 7}, {8, 3, 9}, {8, 4, 6}, {8, 5, 3},
{8, 6, 2}, {8, 7, 5}, {8, 8, 4}, {8, 9, 1}, {9, 2, 3}, {9, 3, 6}, {9, 4, 7}, {9, 5, 4}, {9, 6, 5},
{9, 7, 8}, {9, 8, 1}, {9, 9, 2}, {1, 5, 2, 4, 6, 8}, {2, 5, 1, 3, 7, 9}, {3, 5, 2, 4, 6, 8},
{4, 5, 1, 3, 7, 9}, {5, 1, 2, 4, 6, 8}, {5, 2, 1, 3, 7, 9}, {5, 3, 2, 4, 6, 8}, {5, 4, 1, 3, 7, 9},
{5, 6, 1, 3, 7, 9}, {5, 7, 2, 4, 6, 8}, {5, 8, 1, 3, 7, 9}, {5, 9, 2, 4, 6, 8}, {6, 5, 1, 3, 7, 9},
{7, 5, 2, 4, 6, 8}, {8, 5, 1, 3, 7, 9}, {9, 5, 2, 4, 6, 8}}


Procedemos a determinar el tamaño de la matriz FERMATIANAS.


120


Esta es una verificación:




En este caso las ternas serían: {9, 5, 2}, {9, 5, 4}, {9, 5, 6}, {9, 5, 8}.


Ahora, para poder obtener explícitamente las ternas inventamos la función Especial.




      80
[TERNAS FERMATIANAS]           III


Función Especial




Esta función devuelve de una lista de números, ternas comprendidas por los dos
primeros términos de la lista y el tercer término es cada uno de los demás términos de la
lista.
Veamos un ejemplo:




De la misma manera podemos saber cuáles son las ternas Fermatianas según la posición
donde están almacenadas.
Ejemplo:




Función TFermatianas




En esta función aplicamos la función Especial para obtener explícitamente las Ternas
Fermatianas.




                                                                                    81
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]

Estas son todas las Ternas Fermatianas de un solo dígito:


{{{1, 2, 5}}, {{1, 5, 4}, {1, 5, 6}}, {{1, 8, 5}}, {{2, 1, 5}}, {{2, 5, 3}, {2, 5, 7}},
{{2, 9,5}}, {{3, 4, 5}}, {{3, 5, 2}, {3, 5, 8}}, {{3, 6, 5}}, {{4, 3, 5}}, {{4, 5, 1},
{4, 5, 9}}, {{4, 7, 5}}, {{5, 1, 4}, {5, 1, 6}}, {{5, 2, 3}, {5, 2, 7}}, {{5, 3, 2}, {5, 3, 8}},
{{5, 4, 1}, {5, 4, 9}}, {{5, 6, 1}, {5, 6, 9}}, {{5, 7, 2}, {5, 7, 8}}, {{5, 8, 3}, {5, 8, 7}},
{{5, 9, 4}, {5, 9, 6}}, {{6, 3, 5}}, {{6, 5, 1}, {6, 5, 9}}, {{6, 7, 5}}, {{7, 4, 5}},
{{7, 5,2}, {7, 5, 8}}, {{7, 6, 5}}, {{8, 1, 5}}, {{8, 5, 3}, {8, 5, 7}}, {{8, 9, 5}},
{{9, 2, 5}}, {{9, 5, 4}, {9, 5, 6}}, {{9, 8, 5}}, {{1, 1, 8}}, {{1, 2, 9}}, {{1, 3, 2}},
{{1, 4, 5}}, {{1, 5, 6}}, {{1, 6, 3}}, {{1, 7, 4}}, {{1, 8, 7}}, {{2, 1, 9}}, {{2, 2, 6}},
{{2, 3, 5}}, {{2, 4, 8}}, {{2, 5, 7}}, {{2, 6, 4}}, {{2, 7, 1}}, {{2, 9, 3}}, {{3, 1, 2}},
{{3, 2, 5}}, {{3, 3, 4}}, {{3, 4, 1}}, {{3, 5, 8}}, {{3, 6, 7}}, {{3, 8, 9}}, {{3, 9, 6}},
{{4, 1, 5}}, {{4, 2, 8}}, {{4, 3, 1}}, {{4, 4, 2}}, {{4, 5, 9}}, {{4,7, 3}}, {{4, 8, 6}},
{{4, 9, 7}}, {{5, 1, 6}}, {{5, 2, 7}}, {{5, 3, 8}}, {{5, 4, 9}}, {{5, 6, 1}}, {{5, 7, 2}},
{{5, 8, 3}}, {{5, 9, 4}}, {{6, 1, 3}}, {{6, 2, 4}}, {{6, 3, 7}}, {{6, 5, 1}}, {{6, 6, 8}},
{{6, 7, 9}}, {{6, 8, 2}}, {{6, 9, 5}}, {{7, 1, 4}}, {{7, 2, 1}}, {{7, 4, 3}}, {{7, 5, 2}},
{{7, 6, 9}}, {{7, 7, 6}}, {{7, 8, 5}}, {{7, 9, 8}}, {{8, 1, 7}}, {{8, 3, 9}}, {{8, 4, 6}},
{{8, 5, 3}}, {{8, 6, 2}}, {{8, 7, 5}}, {{8, 8, 4}}, {{8, 9, 1}}, {{9, 2, 3}}, {{9, 3, 6}},
{{9, 4, 7}}, {{9, 5, 4}}, {{9, 6, 5}}, {{9, 7, 8}}, {{9, 8, 1}}, {{9, 9, 2}},
{{1, 5, 2}, {1, 5, 4}, {1, 5, 6}, {1, 5, 8}}, {{2, 5, 1}, {2, 5, 3}, {2, 5, 7}, {2, 5, 9}},
{{3, 5, 2}, {3, 5, 4}, {3, 5, 6}, {3, 5, 8}}, {{4, 5, 1}, {4, 5, 3}, {4, 5, 7}, {4, 5, 9}},
{{5, 1, 2}, {5, 1, 4}, {5, 1, 6}, {5, 1, 8}}, {{5, 2, 1}, {5, 2, 3}, {5, 2, 7}, {5, 2, 9}},
{{5, 3, 2}, {5, 3, 4}, {5, 3, 6}, {5, 3, 8}}, {{5, 4, 1}, {5, 4, 3}, {5, 4, 7}, {5, 4, 9}},
{{5, 6, 1}, {5, 6, 3}, {5, 6, 7}, {5, 6, 9}}, {{5, 7, 2}, {5, 7, 4}, {5, 7, 6}, {5, 7, 8}},
{{5, 8, 1}, {5, 8, 3}, {5, 8, 7}, {5, 8, 9}}, {{5, 9, 2}, {5, 9, 4}, {5, 9, 6}, {5, 9, 8}},
{{6, 5, 1}, {6, 5, 3}, {6, 5, 7}, {6, 5, 9}}, {{7, 5, 2}, {7, 5, 4}, {7, 5, 6}, {7, 5, 8}},
{{8, 5, 1}, {8, 5, 3}, {8, 5, 7}, {8, 5, 9}}, {{9, 5, 2}, {9, 5, 4}, {9, 5, 6}, {9, 5, 8}}}


Utilizando la función Length verificamos que hay 184 Ternas Fermatianas pero hay
repeticiones,     entonces   para   eliminar tales     repeticiones    utilizamos    la   función




      82
[TERNAS FERMATIANAS]        III


DeleteDuplicates y determinamos su tamaño. El tamaño es 136, luego existen 136 Ternas
Fermatianas de un dígito


Hay que señalar que existen ternas de más de un dígito. Ejemplo:
A modo de conjetura podemos decir que: Si x, y, z son números de un dígito que forman
una Terna Fermatiana para n, entonces los números de k dígitos xx…x, yy…y, zz…z
también forman una Terna Fermatiana para n.




   6. Gráfica de las Ternas Fermatianas de un dígito


Utilizando la función ListPlot3D, propia de Mathematica 8, graficamos las Ternas
Fermatianas y se obtiene la siguiente imagen.




                                                                                 83
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]



Una pequeña variación del programa nos permite incluir el exponente: la tercera
componente en cada lista es el exponente.




Veamos el resultado de ejecutar el programa.


{{1, 2, 2, 5}, {1, 5, 2, 4, 6}, {1, 8, 2, 5}, {2, 1, 2, 5}, {2, 5, 2, 3, 7}, {2, 9, 2, 5},
{3, 4, 2, 5}, {3, 5, 2, 2, 8}, {3, 6, 2, 5}, {4, 3, 2, 5}, {4, 5, 2, 1, 9}, {4, 7, 2, 5},
{5, 1, 2, 4, 6}, {5, 2, 2, 3, 7}, {5, 3, 2, 2, 8}, {5, 4, 2, 1, 9}, {5, 6, 2, 1, 9}, {5, 7, 2, 2, 8},
{5, 8, 2, 3, 7}, {5, 9, 2, 4, 6}, {6, 3, 2, 5}, {6, 5, 2, 1, 9}, {6, 7, 2, 5}, {7, 4, 2, 5},
{7, 5, 2, 2, 8}, {7, 6, 2, 5}, {8, 1, 2, 5}, {8, 5, 2, 3, 7}, {8, 9, 2, 5}, {9, 2, 2, 5},
{9, 5, 2, 4, 6}, {9, 8, 2, 5}, {1, 1, 3, 8}, {1, 2, 3, 9}, {1, 3, 3, 2}, {1, 4, 3, 5}, {1, 5, 3, 6},
{1, 6, 3, 3}, {1, 7, 3, 4}, {1, 8, 3, 7}, {2, 1, 3, 9}, {2, 2, 3, 6}, {2, 3, 3, 5}, {2, 4, 3, 8},
{2, 5, 3, 7}, {2, 6, 3, 4}, {2, 7, 3, 1}, {2, 9, 3, 3}, {3, 1, 3, 2}, {3, 2, 3, 5}, {3, 3, 3, 4},
{3, 4, 3, 1}, {3, 5, 3, 8}, {3, 6, 3, 7}, {3, 8, 3, 9}, {3, 9, 3, 6}, {4, 1, 3, 5}, {4, 2, 3, 8},



      84
[TERNAS FERMATIANAS]              III


{4, 3, 3, 1}, {4, 4, 3, 2}, {4, 5, 3, 9}, {4, 7, 3, 3}, {4, 8, 3, 6}, {4, 9, 3, 7}, {5, 1, 3, 6},
{5, 2, 3, 7}, {5, 3, 3, 8}, {5, 4, 3, 9}, {5, 6, 3, 1}, {5, 7, 3, 2}, {5, 8, 3, 3}, {5, 9, 3, 4},
{6, 1, 3, 3}, {6, 2, 3, 4}, {6, 3, 3, 7}, {6, 5, 3, 1}, {6, 6, 3, 8}, {6, 7, 3, 9}, {6, 8, 3, 2},
{6, 9, 3, 5}, {7, 1, 3, 4}, {7, 2, 3, 1}, {7, 4, 3, 3}, {7, 5, 3, 2}, {7, 6, 3, 9}, {7, 7, 3, 6},
{7, 8, 3, 5}, {7, 9, 3, 8}, {8, 1, 3, 7}, {8, 3, 3, 9}, {8, 4, 3, 6}, {8, 5, 3, 3}, {8, 6, 3, 2},
{8, 7, 3, 5}, {8, 8, 3, 4}, {8, 9, 3, 1}, {9, 2, 3, 3}, {9, 3, 3, 6}, {9, 4, 3, 7}, {9, 5, 3, 4},
{9, 6, 3, 5}, {9, 7, 3, 8}, {9, 8, 3, 1}, {9, 9, 3, 2}, {1, 5, 4, 2, 4, 6, 8}, {2, 5, 4, 1, 3, 7, 9},
{3, 5, 4, 2, 4, 6, 8}, {4, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 1, 4, 2, 4, 6, 8}, {5, 2, 4, 1, 3, 7, 9},
{5, 3, 4, 2, 4, 6, 8}, {5, 4, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 6, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 7, 4, 2, 4, 6, 8},
{5, 8, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 9, 4, 2, 4, 6, 8}, {6, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {7, 5, 4, 2, 4, 6, 8},
{8, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {9, 5, 4, 2, 4, 6, 8}}




                                                                                               85
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]




                                        CONCLUSIÓN


Después de haber realizado este trabajo de seminario siento satisfacción por lo mucho que
he aprendido y por hacer Matemática.


Hoy se cree que todo en Matemática está hecho y que ya no hay más por descubrir, es
decir, se piensa que no puede hacerse nada más. Sin embargo, hay hechos como éste que
confirman lo contrario.


Después de haber logrado mis dos objetivos en este trabajo de seminario me propongo
resumirlos.


Una Terna de enteros no nulos (x, y, z) es Fermatiana si satisface la ecuación x n+yn=zn,
para algún n≥2.


Ternas Fermatianas es un concepto nuevo y exclusivo de este seminario.


Encontrar todas las Ternas Fermatianas de un dígito y proponer una conjetura es un logro
muy satisfactorio. En fin, el total de estas ternas es 136 teniendo en cuenta que las ternas
(x, y, z) no es lo mismo a (y, x, z).




      86
[TERNAS FERMATIANAS]             III




                             RECOMENDACIONES




   Sugiero como nuevo trabajo de Seminario de Tesis encontrar todas las Ternas
    Fermatianas de dos dígitos, tres dígitos, cuatro dígitos o de una cantidad de dígitos
    específicos.


   Por otra parte, demostrar la validez o falsedad de la conjetura explicada en este
    trabajo.




                                                                                    87
III        [OTRAS ARITMÉTICAS]




                                 BIBLIOGRAFÍA




DAVID APPLEGATE, MARC LEBRUN Y NEIL SLOANE. JULIO 7, 2011. Carryless
Arithmetic Mod 10.




      88

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Ternas Fermatianas

  • 1. TERNAS FERMATIANAS Maryi González
  • 2. III [OTRAS ARITMÉTICAS] 60
  • 3. [TERNAS FERMATIANAS] III AGRADECIMIENTO A Dios quien me ha dado la oportunidad de estudiar Matemática y quien me ha ayudado a perseverar en esta hermosa carrera. A mis padres, por el apoyo incondicional, por sus sabios consejos, y sobre todo porque fueron ellos quienes me animaron a estudiar Matemática. Por su confianza en mí y por la educación que me han dado. A mi hermano, a mis amigos, a cada uno de los profesores que contribuyeron a mi formación como estudiante. 61
  • 4. III [OTRAS ARITMÉTICAS] DEDICATORIA A mis padres Benilda Pérez y Yobani González. En especial, dedico este trabajo a Giovany González, mi hermano, que quiero mucho y que desde que nació siempre ha estado conmigo. 62
  • 5. [TERNAS FERMATIANAS] III OBJETIVOS  Introducir el concepto de Terna Fermatiana en la Aritmética sin llevar.  Determinar las Ternas Fermatianas cuyas componentes poseen un solo dígito. 63
  • 6. III [OTRAS ARITMÉTICAS] INTRODUCCIÓN Todo cuanto sabemos de Matemática lo debemos a esos grandes héroes de la Matemática que la Historia memora por haber perseverado en la expansión del conocimiento matemático, pero sobre todo por haber perseverado en la búsqueda de la verdad absoluta. A fin de hacer Matemática, este trabajo desarrolla en “Otras Aritméticas” uno de los problemas matemáticos que ha tardado más años en demostrarse, este es El Último Teorema de Fermat. ¿Será cierto este teorema en estas “Otras Aritméticas”? o ¿Existirán ternas propias de estas “Otras Aritméticas” que satisfagan la ecuación xn + yn = zn? Este trabajo monográfico titulado Ternas Fermatianas da respuestas a estas preguntas y otras más que serán respondidas a medida que vayamos profundizando en el tema. Ternas Fermatianas es un concepto nuevo en Matemática, de hecho ha sido creado y utilizado exclusivamente en este trabajo. 64
  • 7. [TERNAS FERMATIANAS] III “…adoré cada minuto de los primero siete años que trabajé en este problema por más duro que haya sido. Hubo retrocesos, cosas que parecían ser irremontables pero estaba envuelto en una clase de batalla privada y muy personal.” ANDREW WILES 1. El Último Teorema de Fermat Este teorema después de más de 350 años de intentos de demostración, fue demostrado el 19 de septiembre de 1994 por Andrew Wiles, un matemático británico. Wiles demostró que es cierto que la ecuación xn + yn = zn no tiene soluciones enteras distintas de cero para x, y y z cuando n > 2. Antecedentes Históricos Pierre de Fermat Pierre de Fermat, matemático francés, quien es conocido por muchos como el padre de la Teoría de Números estuvo fuertemente influenciado por la Aritmética de Diofanto, una obra muy influyente en el desarrollo de la Matemática. Fermat poseía una copia de la traducción latina de la Aritmética de Diofanto; esta traducción fue realizada por Claude Gaspard Bachet de Méziriac, matemático francés, en el año 1621. Cinco años después de que falleciera Fermat, Clément Samuel, su hijo, publicó este libro con todas las anotaciones hechas por su padre. La anotación más famosa, hoy conocida como el Último Teorema de Fermat, es esta: “No es posible expresar un cubo como la suma de dos cubos o expresar una cuarta potencia como la suma de dos cuartas 65
  • 8. III [OTRAS ARITMÉTICAS] potencias o expresar, en general, cualquier potencia mayor de dos como la suma de dos potencias iguales”. En ese mismo margen del libro escribió: “para este hecho he encontrado una demostración excelente. El margen es demasiado pequeño para que la demostración quepa en él.” Fermat aseguraba que tenía una demostración maravillosa para esa afirmación, pero ¿Cuál era? Nunca se encontró tal demostración. Fermat solo dejó la demostración para el caso n= 4, y de lo otro solo aseguró tener una demostración maravillosa. Este hecho hizo que los matemáticos se interesaran en el problema e intentaran demostrarlo. En el año 1707, cien años después de haber aparecido tal conjetura, nace Leonard Euler, suizo reconocido como uno de los más grandes matemáticos de todos los tiempos. En el año 1735, Euler demostró el Último Teorema de Fermat para el caso n=3; es decir demostró que no existen ternas que satisfagan la ecuación: x3 + y3 = z3. Sophie Germain, espléndida mujer de ciencia que estudió Matemática a pesar de las dificultades de la época, nació en el año 1776. Como la Matemática era su fascinación también intentó demostrar el UTF pero tenía una ambición mayor, no quería demostrarlos para casos particulares sino general. Sophie Germain desarrolló lo que hoy conocemos como Teorema de Germain. Este teorema probó que el UTF era verdadero para cualquier n que fuese un número primo menor que 100. Para ello, adoptó esta estrategia: si n es un número primo y 2n+ 1 también lo es, entonces xn + yn = zn no tiene soluciones enteras no triviales. En el año 1752 nace Adrien-Marie Legendre y en el año 1805 nace Peter Gustav Lejeune Dirichlet, ambos franceses. En el año 1825, Legendre con más de 70 años y Dirichlet, con tan solo 20 años, demuestran el UTF para el caso n=5. Ambos de manera independiente. Más tarde, en el año 1832, Dirichlet lo demuestra para el caso n=14. 66
  • 9. [TERNAS FERMATIANAS] III En 1795 nace otro francés que también se interesó por la resolución de ese problema y en el año 1839, con 44 años, demuestra el UTF para el caso n=7. Augustin Cauchy y Lamé Cauchy, en el año 1847, declararon haber tenido la demostración del Último Teorema de Fermat. Ambos habían trabajado independientemente y presentaron ante la Academia Francesa tales demostraciones pues quien diera con ella sería premiado con una medalla de oro y 3000 francos, y obviamente el reconocimiento de tal demostración que se había resistido por tantos años. Pero no resultó así. Una vez más las demostraciones contenían errores y el problema seguía sin resolverse. Esto aparentemente parecía fatal, pero no era así, Ernts Kummer utilizando algunas técnicas probó que para algunos n hasta n=31, el Último Teorema de Fermat era cierto. Ya en el siglo XX, específicamente en el año 1983, Gerd Faltings, matemático alemán, no demostró el teorema (conjetura en aquella época) pero hizo un aporte significativo pues delimitaba el número de ternas que daban solución a la ecuación xn+ yn=zn. Por lo que había demostrado que si la ecuación tenía solución, estas soluciones no eran infinitas. En el año 1988, Yoichi Miyaoka, matemático japonés, presentó una prueba del problema. Otra vez tal prueba contenía errores, pero como siempre se había creado nuevas herramientas matemáticas. Finalmente, en el año 1954, dos jóvenes matemáticos: Goro Shimura y Yutaka Taniyama plantean una conjetura definitiva en la prueba del UTF. Shimura y Taniyama estudiaron un tópico conocido como Formas Modulares. La conjetura de Taniyama–Shimura establece que cada curva elíptica puede asociarse unívocamente con un objeto matemático denominado forma modular. 67
  • 10. III [OTRAS ARITMÉTICAS] La demostración de esta conjetura no pudo concluirse pese a que Yutaka Taniyama se suicidó, pero afortunadamente para Wiles que desde que tenía 10 años su anhelado sueño era demostrar este teorema, Gerhard Frey en 1984 conjeturó que si la ecuación xn+yn=zn tenía solución entonces existía una curva elíptica de la forma y² = x(x - ap)(x + bp) que no era modular. Por otra parte, Wiles trabajaba en la conjetura Taniyama - Shimura y mientras lo hacía, en el año 1986, Kennet Ribet, precisa que tal curva elíptica enunciada por Frey no existía si la conjetura Taniyama – Shimura era cierta. Unos años más tarde, Wiles presenta su demostración de la conjetura Taniyama-Shimura, que de ser aceptada por los expertos había demostrado el UTF, pero no sucedió así, tal demostración contenía errores. Sin embargo, Wiles no se rindió y el 19 de septiembre de 1994 había derrotado un problema que se había resistido a los más grandes matemáticos por más de tres siglos. 2. Otras Aritméticas En esta sección definiremos dos nuevas Aritméticas, no inventadas sino definidas en los artículos Carryless Arithmetic Mod 10 y Dismal Arithmetic. El primero publicado el 7 de julio de 2011 y el segundo, el 6 de julio de 2011.  Aritmética Sin Llevar Definición de la Suma para números de un solo dígito Cada vez que se suman dos números en esta Aritmética se suman como comúnmente lo hacemos pero el resultado es módulo 10. Es decir: Sea x, y números de un solo dígito entonces la suma de x + y = ( x+y) (mod 10). 68
  • 11. [TERNAS FERMATIANAS] III Ejemplos: 2 + 4 = 6 (mod 10) = 6 4 + 9 = 13 (mod 10) = 3 9 + 8 = 17 (mod 10) = 7 2 + 9 = 11 (mod 10) = 1 5 + 7 = 12 (mod 10) = 2 7 + 3 = 10 (mod 10) = 0 Definición del Producto para números de un solo dígito Cada vez que se multiplican dos números en esta Aritmética se multiplican como comúnmente lo hacemos pero el resultado, al igual que la suma, es módulo 10. Es decir: Sea x, y números de un dígito entonces el producto de x*y = (x*y) (mod 10) Ejemplos: 2 * 5 = 10 (mod 10) = 0 5 * 3 = 15 (mod 10) = 5 9 * 7 = 63 (mod 10) = 3 4 * 7 = 28 (mod 10) = 8 6 * 7 = 42 (mod 10) = 2 9 * 3 = 27 (mod 10) = 7 Potencias de números de un solo dígito Ya definido el producto entre números de un dígito podemos deducir cómo son las potencias de cualquier número. Será así: xn = xn (mod 10) Ejemplos: 72 = 72 (mod 10) = 49 (mod 10) = 9 22 = 22 (mod 10) = 4 (mod 10) = 4 83 = 83 (mod 10) = 512 (mod10) = 2 54 = 54 (mod 10) = 5 (mod 10) = 5 35 = 35 (mod 10) = 243 (mod 10) = 3 69
  • 12. III [OTRAS ARITMÉTICAS]  Aritmética Dismal Definición de la Suma para números de un solo dígito Cada vez que se suman dos números en esta Aritmética el resultado siempre es el mayor de los dos. Ejemplos: 5+7= 7 9+8=9 8+1=8 3+2=3 0+9=9 Definición de la Producto para números de un solo dígito Cada vez que se multiplican dos números en esta Aritmética el resultado siempre es el menor de los dos. Ejemplos: 5*7=5 9*8=8 8*1=1 3*2=2 0*9=0 Potencias de números de un solo dígito Ya definido el producto entre números de un dígito podemos deducir cómo son las potencias de cualquier número. Será así: xn = x para todo x. Ejemplos: 2*2=2 3* 3 = 3 70
  • 13. [TERNAS FERMATIANAS] III 3. El Último Teorema de Fermat y Ternas Fermatianas De lo que hemos mencionado del Último Teorema de Fermat sabemos que cada intento de demostración de este teorema expandió el conocimiento matemático. Por esta razón, y con nuevas definiciones de suma y producto provistas por la Aritmética Sin Llevar y la Aritmética Dismal nos preguntamos: ¿Será cierto este teorema en estas Aritméticas? El Último Teorema de Fermat se enuncia de la siguiente manera: La ecuación xn + yn = zn No tiene soluciones enteras distintas de cero para x, y y z cuando n > 2. Volvemos a plantearnos la pregunta: ¿Será cierto este teorema en la Aritmética Sin Llevar? La respuesta es no. Pues sí existen ternas que satisfacen la ecuación xn + yn = zn. Ejemplos: Para n= 3  (4, 5, 9) pues 43 + 53 = 93 Para n= 4  (6, 5, 1) pues 64 + 54 = 14 Para n= 5  (4, 1, 5) pues 45 + 15 = 55 Estos ejemplos de ternas son suficientes para afirmar que el Último Teorema de Fermat no es cierto en la Aritmética Sin Llevar. Nos preguntamos ahora: ¿Será cierto este teorema en la Aritmética Dismal? La respuesta es no. Pues para esta Aritmética también existen ternas que satisfacen la ecuación xn + yn = zn. Estas ternas son muy fáciles de conseguir pues las definiciones de las operaciones de suma y producto en esta Aritmética induce a que generar estas ternas resulten triviales. 71
  • 14. III [OTRAS ARITMÉTICAS] Ejemplos: Para n = 3  (2, 3, 2) Para n = 4  (4, 4 ,4) Para n = 5  ( 2, 8, 8) De manera general, para todo n  (x, x, x) es una terna que satisface la ecuación del Último Teorema de Fermat. Otras ternas son de la forma: (a, x, a) si x < a o (a, x, x) si x > a. Una vez que hemos verificado que el Último Teorema de Fermat es falso en ambas Aritméticas, procedemos a definir qué es una Terna Fermatiana. 4. Definición de Ternas Fermatianas Para definir Ternas Fermatianas consideramos la ecuación de Fermat xn+yn=zn donde x,y,z son enteros positivos y n>2. Una Terna de enteros no nulos (x, y, z) es Fermatiana si satisface la ecuación x n+yn=zn, para algún n≥2. ¿Cuántas Ternas Fermatianas serán de un dígito en la Aritmética Sin Llevar? Puesto que en la Aritmética Dismal es muy trivial entonces solo nos enfocaremos en dar respuestas en la Aritmética Sin Llevar. Para ello procederemos a hacer un estudio del comportamiento de sus potencias. 72
  • 15. [TERNAS FERMATIANAS] III Potencias en la Aritmética Sin Llevar para números de un dígito Potencias de 2 Potencias de 3 Potencias de 4 Potencias de 5 21 2 31 3 41 4 51 5 22 4 32 9 42 6 52 5 23 8 33 7 43 4 53 5 24 6 34 1 44 6 54 5 25 2 35 3 45 4 55 5 26 4 36 9 46 6 56 5 27 8 37 7 47 4 57 5 28 6 38 1 48 6 58 5 29 2 39 3 … 49 4 59 5 … … … … … … … Potencias de 6 Potencias de 7 Potencias de 8 Potencias de 9 61 6 71 7 81 8 91 9 62 6 72 9 82 4 92 1 63 6 73 3 83 2 93 9 64 6 74 1 84 6 94 1 65 6 75 7 85 8 95 9 66 6 76 9 86 4 96 1 67 6 77 3 87 2 97 9 68 6 78 1 88 6 98 1 69 6 79 7 89 8 99 9 … … … … … … … … Observaciones: 73
  • 16. III [OTRAS ARITMÉTICAS] Las potencias en la Aritmética Sin Llevar para números de un dígito suelen repetirse cada tantas veces. Por tanto, podemos decir que:  Las potencias de 1 es de ciclo 1.  Las potencias de 2 es de ciclo 4.  Las potencias de 3 es de ciclo 4.  Las potencias de 4 es de ciclo 2.  Las potencias de 5 es de ciclo 1.  Las potencias de 6 es de ciclo 1.  Las potencias de 7 es de ciclo 4.  Las potencias de 8 es de ciclo 4.  Las potencias de 9 es de ciclo 2. Como el ciclo mayor de todas las potencias de un dígito es 4, entonces para generar todas las ternas de un dígito será suficiente que tomemos las ternas que se generan para n=2, n=3 y n=4. Ternas para n=2 Aquí empezaremos a resumir el procedimiento que seguiremos para determinar todas las ternas. Primero: sumaremos todas las potencias cuadradas,; luego, nos fijaremos si el resultado de la suma es un número cuadrado en la Aritmética sin llevar. Estos son los cuadrados de todas las potencias de un d: 12 22 32 42 52 62 72 82 92 1 4 9 6 5 6 9 4 1 74
  • 17. [TERNAS FERMATIANAS] III Ahora sumaremos una a una cada potencia para saber cuál de estas sumas da un cuadrado. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + 1 4 9 6 5 6 9 4 1 1 1 2 5 0 7 6 7 0 5 2 2 4 5 8 3 0 9 0 3 8 5 3 9 0 3 8 5 4 5 8 3 0 4 6 7 0 5 2 1 2 5 0 7 5 5 6 9 4 1 0 1 4 9 6 6 6 7 0 5 2 1 2 5 0 7 7 9 0 3 8 5 4 5 8 3 0 8 4 5 8 3 0 9 0 3 8 5 9 1 2 5 0 7 6 7 0 5 2 En la segunda columna y la segunda fila se encuentran los cuadrados de todos los números de un dígito. Luego sumamos unos con otros en la Aritmética Sin Llevar. Los números marcados en negrita , resultantes de la suma, son cuadrados. De modo que las ternas se forman así: la primera componente lo comprenden los números que están en la primera columna; la segunda componente lo comprenden los números de la primera fila de la tabla; y la tercera componente lo comprenden las potencias que al sumar la primera y segunda componente resulte un cuadrado. Por ejemplo: observando la segunda columna y la segunda fila, sumemos: 4 + 5 = 9. Esto es el resultado de sumar: 22 + 52= 32 o 22 + 52 = 72. Luego, las ternas serían (2, 5, 3), (2, 5, 7). De esta misma manera se procederá para n=3 y n= 4. Utilizando el Software Mathematica 8 generaremos todas las ternas de un dígito que sean Fermatianas. 75
  • 18. III [OTRAS ARITMÉTICAS] 5. Programas para generar Ternas Fermatianas de un solo dígito de la Aritmética Sin Llevar. Primero incluimos las funciones que nos ayudarán a crear nuestro programa. Función F10 Este programa exige un número de entrada de n cifras y lo transforma en un polinomio de grado n-1. Veamos cómo funciona. Introduciremos el número 456. Función ProductoSinLlevar Este programa exige dos números como parámetro de entrada y realiza el producto de éstos en la Aritmética Sin Llevar. Para crear esta segunda función hicimos uso de la Función F10 para transformar los números en polinomios. Luego, la función propia de Mathematica 8, PolynomialMod 76
  • 19. [TERNAS FERMATIANAS] III luego de hacer el producto de los dos polinomios da como salida el polinomio resultante con los coeficientes de cada término módulo 10. Por ejemplo: Después de esto, la función CoefficientList, también propia de Mathematica 8, da como parámetros de salida sólo los coeficientes módulo 10. Tomando el ejemplo anterior sería: {8, 4, 5, 4} Luego, se utiliza la función Reverse para que los términos se den ordenadamente: {4, 5, 4, 8} Finalmente, se utiliza la función FromDigits que devuelve una lista de números como un número. En nuestro caso será el producto de los dos números dados. Es decir devolverá: 4548 que es el resultado de multiplicar 72 * 234 en la Aritmética Sin Llevar. Podemos verificarlo Función PotenciaSinLlevar Esta función exige dos parámetros de entrada un número y la potencia que se desea calcular. Para crear esta función hicimos uso de la función ProductoSinLlevar. El proceso es el siguiente: con un For multiplicamos el número (primer parámetro de entrada) tantas veces lo diga el segundo parámetro de entrada. 77
  • 20. III [OTRAS ARITMÉTICAS] Función SumaSinLlevar Esta función realiza la suma de dos números en la Aritmética Sin Llevar. Este programa sigue el mismo procedimiento del Producto Sin Llevar. Sumemos los números: 456 y 7643 Luego de haber introducido las funciones Potencia, Producto y Suma Sin Llevar, procedemos a presentar el programa que genera las ternas Fermatianas. 78
  • 21. [TERNAS FERMATIANAS] III En este programa se utiliza un contador y se crea una tabla cuyos elementos son listas vacías. Esta tabla es de tamaño 729 debido a que estas representan las cantidades de ternas Fermatianas posibles de existir. Posteriormente, se construye la siguiente matriz que representa las potencias de los números de un dígito hasta el exponente 4. Los otros dos ciclos anidados controlan las variaciones por columnas y por filas y verifican si la terna correspondiente es Fermatiana. Se hace sumando elementos de una misma columna y verificando si es número que pertenece a esa columna. Si lo es cuenta como terna Fermatiana de lo contrario no. En este programa la salida en cada una de las listas: los dos primeros elementos forman ternas Fermatianas con cada uno de los restantes. 79
  • 22. III [OTRAS ARITMÉTICAS] {{1, 2, 5}, {1, 5, 4, 6}, {1, 8, 5}, {2, 1, 5}, {2, 5, 3, 7}, {2, 9, 5}, {3, 4, 5}, {3, 5, 2, 8}, {3, 6, 5}, {4, 3, 5}, {4, 5, 1, 9}, {4, 7, 5}, {5, 1, 4, 6}, {5, 2, 3, 7}, {5, 3, 2, 8}, {5, 4, 1, 9}, {5, 6, 1, 9}, {5, 7, 2, 8}, {5, 8, 3, 7}, {5, 9, 4, 6}, {6, 3, 5}, {6, 5, 1, 9}, {6, 7, 5}, {7, 4, 5}, {7, 5, 2, 8}, {7, 6, 5}, {8, 1, 5}, {8, 5, 3, 7}, {8, 9, 5}, {9, 2, 5}, {9, 5, 4, 6}, {9, 8, 5}, {1, 1, 8}, {1, 2, 9}, {1, 3, 2}, {1, 4, 5}, {1, 5, 6}, {1, 6, 3}, {1, 7, 4}, {1, 8, 7}, {2, 1, 9}, {2, 2, 6}, {2, 3, 5}, {2, 4, 8}, {2, 5, 7}, {2, 6, 4}, {2, 7, 1}, {2, 9, 3}, {3, 1, 2}, {3, 2, 5}, {3, 3, 4}, {3, 4, 1}, {3, 5, 8}, {3, 6, 7}, {3, 8, 9}, {3, 9, 6}, {4, 1, 5}, {4, 2, 8}, {4, 3, 1}, {4, 4, 2}, {4, 5, 9}, {4, 7, 3}, {4, 8, 6}, {4, 9, 7}, {5, 1, 6}, {5, 2, 7}, {5, 3, 8}, {5, 4, 9}, {5, 6, 1}, {5, 7, 2}, {5, 8, 3}, {5, 9, 4}, {6, 1, 3}, {6, 2, 4}, {6, 3, 7}, {6, 5, 1}, {6, 6, 8}, {6, 7, 9}, {6, 8, 2}, {6, 9, 5}, {7, 1, 4}, {7, 2, 1}, {7, 4, 3}, {7, 5, 2}, {7, 6, 9}, {7, 7, 6}, {7, 8, 5}, {7, 9, 8}, {8, 1, 7}, {8, 3, 9}, {8, 4, 6}, {8, 5, 3}, {8, 6, 2}, {8, 7, 5}, {8, 8, 4}, {8, 9, 1}, {9, 2, 3}, {9, 3, 6}, {9, 4, 7}, {9, 5, 4}, {9, 6, 5}, {9, 7, 8}, {9, 8, 1}, {9, 9, 2}, {1, 5, 2, 4, 6, 8}, {2, 5, 1, 3, 7, 9}, {3, 5, 2, 4, 6, 8}, {4, 5, 1, 3, 7, 9}, {5, 1, 2, 4, 6, 8}, {5, 2, 1, 3, 7, 9}, {5, 3, 2, 4, 6, 8}, {5, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 6, 1, 3, 7, 9}, {5, 7, 2, 4, 6, 8}, {5, 8, 1, 3, 7, 9}, {5, 9, 2, 4, 6, 8}, {6, 5, 1, 3, 7, 9}, {7, 5, 2, 4, 6, 8}, {8, 5, 1, 3, 7, 9}, {9, 5, 2, 4, 6, 8}} Procedemos a determinar el tamaño de la matriz FERMATIANAS. 120 Esta es una verificación: En este caso las ternas serían: {9, 5, 2}, {9, 5, 4}, {9, 5, 6}, {9, 5, 8}. Ahora, para poder obtener explícitamente las ternas inventamos la función Especial. 80
  • 23. [TERNAS FERMATIANAS] III Función Especial Esta función devuelve de una lista de números, ternas comprendidas por los dos primeros términos de la lista y el tercer término es cada uno de los demás términos de la lista. Veamos un ejemplo: De la misma manera podemos saber cuáles son las ternas Fermatianas según la posición donde están almacenadas. Ejemplo: Función TFermatianas En esta función aplicamos la función Especial para obtener explícitamente las Ternas Fermatianas. 81
  • 24. III [OTRAS ARITMÉTICAS] Estas son todas las Ternas Fermatianas de un solo dígito: {{{1, 2, 5}}, {{1, 5, 4}, {1, 5, 6}}, {{1, 8, 5}}, {{2, 1, 5}}, {{2, 5, 3}, {2, 5, 7}}, {{2, 9,5}}, {{3, 4, 5}}, {{3, 5, 2}, {3, 5, 8}}, {{3, 6, 5}}, {{4, 3, 5}}, {{4, 5, 1}, {4, 5, 9}}, {{4, 7, 5}}, {{5, 1, 4}, {5, 1, 6}}, {{5, 2, 3}, {5, 2, 7}}, {{5, 3, 2}, {5, 3, 8}}, {{5, 4, 1}, {5, 4, 9}}, {{5, 6, 1}, {5, 6, 9}}, {{5, 7, 2}, {5, 7, 8}}, {{5, 8, 3}, {5, 8, 7}}, {{5, 9, 4}, {5, 9, 6}}, {{6, 3, 5}}, {{6, 5, 1}, {6, 5, 9}}, {{6, 7, 5}}, {{7, 4, 5}}, {{7, 5,2}, {7, 5, 8}}, {{7, 6, 5}}, {{8, 1, 5}}, {{8, 5, 3}, {8, 5, 7}}, {{8, 9, 5}}, {{9, 2, 5}}, {{9, 5, 4}, {9, 5, 6}}, {{9, 8, 5}}, {{1, 1, 8}}, {{1, 2, 9}}, {{1, 3, 2}}, {{1, 4, 5}}, {{1, 5, 6}}, {{1, 6, 3}}, {{1, 7, 4}}, {{1, 8, 7}}, {{2, 1, 9}}, {{2, 2, 6}}, {{2, 3, 5}}, {{2, 4, 8}}, {{2, 5, 7}}, {{2, 6, 4}}, {{2, 7, 1}}, {{2, 9, 3}}, {{3, 1, 2}}, {{3, 2, 5}}, {{3, 3, 4}}, {{3, 4, 1}}, {{3, 5, 8}}, {{3, 6, 7}}, {{3, 8, 9}}, {{3, 9, 6}}, {{4, 1, 5}}, {{4, 2, 8}}, {{4, 3, 1}}, {{4, 4, 2}}, {{4, 5, 9}}, {{4,7, 3}}, {{4, 8, 6}}, {{4, 9, 7}}, {{5, 1, 6}}, {{5, 2, 7}}, {{5, 3, 8}}, {{5, 4, 9}}, {{5, 6, 1}}, {{5, 7, 2}}, {{5, 8, 3}}, {{5, 9, 4}}, {{6, 1, 3}}, {{6, 2, 4}}, {{6, 3, 7}}, {{6, 5, 1}}, {{6, 6, 8}}, {{6, 7, 9}}, {{6, 8, 2}}, {{6, 9, 5}}, {{7, 1, 4}}, {{7, 2, 1}}, {{7, 4, 3}}, {{7, 5, 2}}, {{7, 6, 9}}, {{7, 7, 6}}, {{7, 8, 5}}, {{7, 9, 8}}, {{8, 1, 7}}, {{8, 3, 9}}, {{8, 4, 6}}, {{8, 5, 3}}, {{8, 6, 2}}, {{8, 7, 5}}, {{8, 8, 4}}, {{8, 9, 1}}, {{9, 2, 3}}, {{9, 3, 6}}, {{9, 4, 7}}, {{9, 5, 4}}, {{9, 6, 5}}, {{9, 7, 8}}, {{9, 8, 1}}, {{9, 9, 2}}, {{1, 5, 2}, {1, 5, 4}, {1, 5, 6}, {1, 5, 8}}, {{2, 5, 1}, {2, 5, 3}, {2, 5, 7}, {2, 5, 9}}, {{3, 5, 2}, {3, 5, 4}, {3, 5, 6}, {3, 5, 8}}, {{4, 5, 1}, {4, 5, 3}, {4, 5, 7}, {4, 5, 9}}, {{5, 1, 2}, {5, 1, 4}, {5, 1, 6}, {5, 1, 8}}, {{5, 2, 1}, {5, 2, 3}, {5, 2, 7}, {5, 2, 9}}, {{5, 3, 2}, {5, 3, 4}, {5, 3, 6}, {5, 3, 8}}, {{5, 4, 1}, {5, 4, 3}, {5, 4, 7}, {5, 4, 9}}, {{5, 6, 1}, {5, 6, 3}, {5, 6, 7}, {5, 6, 9}}, {{5, 7, 2}, {5, 7, 4}, {5, 7, 6}, {5, 7, 8}}, {{5, 8, 1}, {5, 8, 3}, {5, 8, 7}, {5, 8, 9}}, {{5, 9, 2}, {5, 9, 4}, {5, 9, 6}, {5, 9, 8}}, {{6, 5, 1}, {6, 5, 3}, {6, 5, 7}, {6, 5, 9}}, {{7, 5, 2}, {7, 5, 4}, {7, 5, 6}, {7, 5, 8}}, {{8, 5, 1}, {8, 5, 3}, {8, 5, 7}, {8, 5, 9}}, {{9, 5, 2}, {9, 5, 4}, {9, 5, 6}, {9, 5, 8}}} Utilizando la función Length verificamos que hay 184 Ternas Fermatianas pero hay repeticiones, entonces para eliminar tales repeticiones utilizamos la función 82
  • 25. [TERNAS FERMATIANAS] III DeleteDuplicates y determinamos su tamaño. El tamaño es 136, luego existen 136 Ternas Fermatianas de un dígito Hay que señalar que existen ternas de más de un dígito. Ejemplo: A modo de conjetura podemos decir que: Si x, y, z son números de un dígito que forman una Terna Fermatiana para n, entonces los números de k dígitos xx…x, yy…y, zz…z también forman una Terna Fermatiana para n. 6. Gráfica de las Ternas Fermatianas de un dígito Utilizando la función ListPlot3D, propia de Mathematica 8, graficamos las Ternas Fermatianas y se obtiene la siguiente imagen. 83
  • 26. III [OTRAS ARITMÉTICAS] Una pequeña variación del programa nos permite incluir el exponente: la tercera componente en cada lista es el exponente. Veamos el resultado de ejecutar el programa. {{1, 2, 2, 5}, {1, 5, 2, 4, 6}, {1, 8, 2, 5}, {2, 1, 2, 5}, {2, 5, 2, 3, 7}, {2, 9, 2, 5}, {3, 4, 2, 5}, {3, 5, 2, 2, 8}, {3, 6, 2, 5}, {4, 3, 2, 5}, {4, 5, 2, 1, 9}, {4, 7, 2, 5}, {5, 1, 2, 4, 6}, {5, 2, 2, 3, 7}, {5, 3, 2, 2, 8}, {5, 4, 2, 1, 9}, {5, 6, 2, 1, 9}, {5, 7, 2, 2, 8}, {5, 8, 2, 3, 7}, {5, 9, 2, 4, 6}, {6, 3, 2, 5}, {6, 5, 2, 1, 9}, {6, 7, 2, 5}, {7, 4, 2, 5}, {7, 5, 2, 2, 8}, {7, 6, 2, 5}, {8, 1, 2, 5}, {8, 5, 2, 3, 7}, {8, 9, 2, 5}, {9, 2, 2, 5}, {9, 5, 2, 4, 6}, {9, 8, 2, 5}, {1, 1, 3, 8}, {1, 2, 3, 9}, {1, 3, 3, 2}, {1, 4, 3, 5}, {1, 5, 3, 6}, {1, 6, 3, 3}, {1, 7, 3, 4}, {1, 8, 3, 7}, {2, 1, 3, 9}, {2, 2, 3, 6}, {2, 3, 3, 5}, {2, 4, 3, 8}, {2, 5, 3, 7}, {2, 6, 3, 4}, {2, 7, 3, 1}, {2, 9, 3, 3}, {3, 1, 3, 2}, {3, 2, 3, 5}, {3, 3, 3, 4}, {3, 4, 3, 1}, {3, 5, 3, 8}, {3, 6, 3, 7}, {3, 8, 3, 9}, {3, 9, 3, 6}, {4, 1, 3, 5}, {4, 2, 3, 8}, 84
  • 27. [TERNAS FERMATIANAS] III {4, 3, 3, 1}, {4, 4, 3, 2}, {4, 5, 3, 9}, {4, 7, 3, 3}, {4, 8, 3, 6}, {4, 9, 3, 7}, {5, 1, 3, 6}, {5, 2, 3, 7}, {5, 3, 3, 8}, {5, 4, 3, 9}, {5, 6, 3, 1}, {5, 7, 3, 2}, {5, 8, 3, 3}, {5, 9, 3, 4}, {6, 1, 3, 3}, {6, 2, 3, 4}, {6, 3, 3, 7}, {6, 5, 3, 1}, {6, 6, 3, 8}, {6, 7, 3, 9}, {6, 8, 3, 2}, {6, 9, 3, 5}, {7, 1, 3, 4}, {7, 2, 3, 1}, {7, 4, 3, 3}, {7, 5, 3, 2}, {7, 6, 3, 9}, {7, 7, 3, 6}, {7, 8, 3, 5}, {7, 9, 3, 8}, {8, 1, 3, 7}, {8, 3, 3, 9}, {8, 4, 3, 6}, {8, 5, 3, 3}, {8, 6, 3, 2}, {8, 7, 3, 5}, {8, 8, 3, 4}, {8, 9, 3, 1}, {9, 2, 3, 3}, {9, 3, 3, 6}, {9, 4, 3, 7}, {9, 5, 3, 4}, {9, 6, 3, 5}, {9, 7, 3, 8}, {9, 8, 3, 1}, {9, 9, 3, 2}, {1, 5, 4, 2, 4, 6, 8}, {2, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {3, 5, 4, 2, 4, 6, 8}, {4, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 1, 4, 2, 4, 6, 8}, {5, 2, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 3, 4, 2, 4, 6, 8}, {5, 4, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 6, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 7, 4, 2, 4, 6, 8}, {5, 8, 4, 1, 3, 7, 9}, {5, 9, 4, 2, 4, 6, 8}, {6, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {7, 5, 4, 2, 4, 6, 8}, {8, 5, 4, 1, 3, 7, 9}, {9, 5, 4, 2, 4, 6, 8}} 85
  • 28. III [OTRAS ARITMÉTICAS] CONCLUSIÓN Después de haber realizado este trabajo de seminario siento satisfacción por lo mucho que he aprendido y por hacer Matemática. Hoy se cree que todo en Matemática está hecho y que ya no hay más por descubrir, es decir, se piensa que no puede hacerse nada más. Sin embargo, hay hechos como éste que confirman lo contrario. Después de haber logrado mis dos objetivos en este trabajo de seminario me propongo resumirlos. Una Terna de enteros no nulos (x, y, z) es Fermatiana si satisface la ecuación x n+yn=zn, para algún n≥2. Ternas Fermatianas es un concepto nuevo y exclusivo de este seminario. Encontrar todas las Ternas Fermatianas de un dígito y proponer una conjetura es un logro muy satisfactorio. En fin, el total de estas ternas es 136 teniendo en cuenta que las ternas (x, y, z) no es lo mismo a (y, x, z). 86
  • 29. [TERNAS FERMATIANAS] III RECOMENDACIONES  Sugiero como nuevo trabajo de Seminario de Tesis encontrar todas las Ternas Fermatianas de dos dígitos, tres dígitos, cuatro dígitos o de una cantidad de dígitos específicos.  Por otra parte, demostrar la validez o falsedad de la conjetura explicada en este trabajo. 87
  • 30. III [OTRAS ARITMÉTICAS] BIBLIOGRAFÍA DAVID APPLEGATE, MARC LEBRUN Y NEIL SLOANE. JULIO 7, 2011. Carryless Arithmetic Mod 10. 88