在數論 上,費馬-卡塔蘭猜想 是費馬大定理 與卡塔蘭猜想 的推廣,而這猜想認為,以下的等式
a
m
+
b
n
=
c
k
{\displaystyle a^{m}+b^{n}=c^{k}\quad }
1
僅有有限多個
a
,
b
,
c
{\displaystyle a,b,c}
彼此互質,且
m
,
n
,
k
{\displaystyle m,n,k}
滿足下列條件的解:
1
m
+
1
n
+
1
k
<
1.
{\displaystyle {\frac {1}{m}}+{\frac {1}{n}}+{\frac {1}{k}}<1.}
2
這個給出
m
,
n
,
k
{\displaystyle m,n,k}
條件的不等式是猜想的必要成分,而這是因為沒有這不等式的話,這結果就會有無限多的解,像例如在
k
=
1
{\displaystyle k=1}
的狀況下,
a
m
+
b
n
=
c
{\displaystyle a^{m}+b^{n}=c}
顯然有無限多的解;而在
m
=
n
=
k
=
2
{\displaystyle m=n=k=2}
的狀況下該等式就是畢達哥拉斯定理 ,而目前已知有無限多個畢氏三元數 存在。
截至2015年 為止,等式(1)已知有十個滿足不等式(2)的解,而這些解如下:[ 1]
1
m
+
2
3
=
3
2
{\displaystyle 1^{m}+2^{3}=3^{2}\;}
(在
m
>
6
{\displaystyle m>6}
的狀況下這滿足不等式(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}\;}
根據在普雷達·米哈伊列斯庫 於2002年證明的卡塔蘭猜想,這些等式中的第一個,也就是
1
m
+
2
3
=
3
2
{\displaystyle 1^{m}+2^{3}=3^{2}\;}
,是唯一滿足
a
,
b
,
c
{\displaystyle a,b,c}
其中一個是1的解。盡管因為
m
{\displaystyle m}
可以是大於6的任意數之故,因此
1
m
+
2
3
=
3
2
{\displaystyle 1^{m}+2^{3}=3^{2}\;}
等同於有無限多解,這些解只對
(
a
m
,
b
n
,
c
k
)
{\displaystyle (a^{m},b^{n},c^{k})}
這三元數給出一組解。
根據利用了法爾廷斯定理 的達爾蒙-關維定理(Darmon–Granville theorem),對於任意特定不等式(2)的三元數組
(
m
,
n
,
k
)
{\displaystyle (m,n,k)}
,等式(1)僅有有限解;[ 2] [ 3] :p. 64 然而完整的費馬-卡塔蘭猜想強於此,而這是因為完整的猜想允許
m
,
n
,
k
{\displaystyle m,n,k}
這三個指數項是任意數之故。
abc猜想 可導出費馬-卡塔蘭猜想。[ 4]
亦可見貝亞爾猜想 一文的內容以得知已證實不可能的指數組合;而貝亞爾猜想為真,當且僅當所有的費馬-卡塔蘭猜想都有
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 (編), 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 ] . (原始內容存檔 (PDF) 於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 . (原始內容存檔 (PDF) 於2023-12-03).