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输入计算

数学公式

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结果

范围内找到的解
3
counterexample (a, b) pairs for n = 2 to 5, a = 1 to 100
n Solutions per n   (sum of n consecutive nth powers = b^n)
2 a=3, b=5 ; a=20, b=29
3 a=3, b=6
4 --
5 --

这个计算器能做什么

这是一款受费马大定理启发的趣味数论搜索工具。费马大定理指出:当整数 \(n \ge 3\) 时,不存在正整数 X、Y、Z 满足 \(X^n + Y^n = Z^n\)。本工具把等式左边推广为 n 个连续 n 次幂之和,并检验这样一个命题:当 \(n \ge 4\) 时,不存在自然数 a、b,使得从 a 开始的 n 个连续 n 次幂之和等于 \(b^n\)。对于你设定范围内的每一个指数 n,工具会遍历范围内的每一个起始底数 a,找到任意符合条件的 (a, b) 数对并报告出来;若在该窗口内无解,则显示"--"。

使用方法

输入要测试的指数 n 的最小值与最大值(\(n \ge 2\)),以及要测试的起始底数 a 的最小值与最大值(\(a \ge 1\))。工具会逐一遍历每个 n,并对每个 a 计算 $$S = a^n + (a+1)^n + \ldots + (a+n-1)^n$$ 求出 S 的整数 n 次方根,再用大整数运算精确验证。请注意:搜索过大的范围会很慢,因为 S 的增长速度极快。

公式解析

该方程为 $$\sum_{j=0}^{n-1}\left(a+j\right)^{n} = b^{n}$$ 为了避免浮点运算带来的误判,工具会把 S 计算为精确的大整数,再通过二分法求出候选根 b,然后对 b-1、b、b+1 分别用 \(b^n == S\) 进行精确复核。在 n 较小时已知存在解:\(n = 2\) 时有 \(3^2 + 4^2 = 5^2\) 以及 \(20^2 + 21^2 = 29^2\);\(n = 3\) 时有 \(3^3 + 4^3 + 5^3 = 6^3\)。

n 个连续 n 次幂之和等于 b 的 n 次方
方程:n 个连续 n 次幂之和等于 \(b^n\)。

实例演示

设 nStart = 3、nEnd = 3、aStart = 1、aEnd = 10。当 \(a = 3\) 时:$$S = 27 + 64 + 125 = 216$$ 而 216 的整数立方根为 6,且 \(6^3 = 216\)。工具记录下 \(n = 3 \rightarrow a = 3\),\(b = 6\)。

逐步验证连续幂之和是否为一个完全幂
检验某个连续 n 次幂候选序列之和是否恰好等于 \(b^n\)。

常见问题

这能证明该命题吗? 不能。它只在有限窗口内搜索反例;找不到反例并不构成数学证明。

为什么允许 \(n = 2\) 和 \(n = 3\)? 这两种情形有已知的解,因此工具可以把它们演示出来,尽管"无解"的论断只针对 \(n \ge 4\)。

为什么有时会超时? 这个和大致按 \(n \cdot (a + n)^n\) 的量级增长,所以范围过大时会产生天文数字般的数值,请把范围设得小一些。

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