Conjetura de Euler

La conjetura de Euler, también conocida como la conjetura de la suma de potencias de Euler, es una conjetura matemática refutada, relacionada con el último teorema de Fermat. Fue propuesta por Leonhard Euler en 1769. Establece que para todos los números enteros n y k mayores que 1, si la suma de n k-ésimas potencias de enteros positivos es en sí misma una k-ésima potencia, entonces n es mayor o igual que k:

a k
1  + a k
2  + ... + a k
n  = b^k ⇒ n ≥ k

La conjetura representa un intento de generalizar el último teorema de Fermat, que es un caso especial de n = 2: si a k
1  + a k
2  = b^k, entonces 2 ≥ k.

Aunque la conjetura es válida para el caso k = 3 (que se sigue del último teorema de Fermat para las terceras potencias), fue refutada para k = 4 y k = 5. Se desconoce si la conjetura falla o es válida para cualquier valor k ≥ 6.

Trasfondo

Euler era consciente de la igualdad 59^4 + 158^4 = 133^4 + 134^4 que involucra sumas de potencias a la cuarta potencia. Sin embargo, no se trata de un contraejemplo porque ningún término está aislado en un lado de la ecuación. También proporcionó una solución completa al problema de los cuatro cubos como en el número de Platón 3^3 + 4^3 + 5^3 = 6^3 o el número taxicab 1729.[1]​[2]​ La solución general de la ecuación

${\displaystyle x_{1}^{3}+x_{2}^{3}=x_{3}^{3}+x_{4}^{3}}$

es

${\displaystyle x_{1}=1-(a-3b)(a^{2}+3b^{2}),\quad x_{2}=(a+3b)(a^{2}+3b^{2})-1}$

${\displaystyle x_{3}=(a+3b)-(a^{2}+3b^{2})^{2},\quad x_{4}=(a^{2}+3b^{2})^{2}-(a-3b)}$

donde a y b son enteros cualesquiera.

Contraejemplos

La conjetura de Euler fue refutada por Leon Lander y Thomas Parkin en 1966 cuando, a través de una búsqueda directa por computadora en un CDC 6600, encontraron un contraejemplo para k = 5.[3]​ Este descubrimiento se publicó en un artículo que constaba de solo dos frases.[3]​ Se conocen un total de tres contraejemplos primitivos (es decir, en los que no todos los sumandos tienen un factor común):

27^5 + 84^5 + 110^5 + 133^5 = 144^5 (Lander & Parkin, 1966),

(−220)^5 + 5027^5 + 6237^5 + 14068^5 = 14132^5 (Scher & Seidl, 1996), and

55^5 + 3183^5 + 28969^5 + 85282^5 = 85359^5 (Frye, 2004).

En 1988, Noam Elkies publicó un método para construir una serie infinita de contraejemplos para el caso k = 4.[4]​ Su contraejemplo más pequeño es

2682440^4 + 15365639^4 + 18796760^4 = 20615673^4.

Un caso particular de las soluciones de Elkies se puede reducir a la identidad[5]​[6]​

(85v^2 + 484v − 313)^4 + (68v^2 − 586v + 10)^4 + (2u)^4 = (357v^2 − 204v + 363)^4

donde

u^2 = 22030 + 28849v − 56158v^2 + 36941v^3 − 31790v^4.

Esta es una curva elíptica con un punto racional en v₁ = −31/467. A partir de este punto racional inicial, se puede calcular una colección infinita de otros puntos. La sustitución de v₁ en la identidad y la eliminación de factores comunes genera el ejemplo numérico citado anteriormente.

En 1988, Roger Frye encontró el contraejemplo más pequeño posible para k = 4

95800^4 + 217519^4 + 414560^4 = 422481^4

realizando una búsqueda informática directa mediante técnicas sugeridas por Elkies. Esta solución es la única con valores de las variables por debajo de 1.000.000.[7]​

Generalizaciones

Una interpretación del número de Platón, 3³ + 4³ + 5³ = 6³

En 1967, LJ Lander, TR Parkin y John Selfridge conjeturaron[8]​ que si

${\displaystyle \sum _{i=1}^{n}a_{i}^{k}=\sum _{j=1}^{m}b_{j}^{k}}$ ,

donde a_i ≠ b_j son números enteros positivos para todo 1 ≤ i ≤ n 1 ≤ j ≤ m, entonces m + n ≥ k. En el caso especial m = 1, la conjetura establece que si

${\displaystyle \sum _{i=1}^{n}a_{i}^{k}=b^{k}}$

bajo las condiciones dadas anteriormente, entonces n ≥ k − 1.

El caso especial puede describirse como el problema de dividir una potencia perfecta en potencias similares. Para k = 4, 5, 7, 8 y n = k o k − 1, hay muchas soluciones conocidas. Algunas de ellas se enumeran a continuación. En 2002 no se habían hallado soluciones para ${\displaystyle k=6}$, cuyo término final es ≤ 730000.[9]​

k = 3

3 3  + 4 3  + 5 3  = 6 3  (Número de Platón 216)

Este es el caso a = 1, b = 0 de la fórmula de Srinivasa Ramanujan

${\displaystyle (3a^{2}+5ab-5b^{2})^{3}+(4a^{2}-4ab+6b^{2})^{3}+(5a^{2}-5ab-3b^{2})^{3}=(6a^{2}-4ab+4b^{2})^{3}.}$ [10]​

Un cubo como la suma de tres cubos también se puede parametrizar como

${\displaystyle a^{3}(a^{3}+b^{3})^{3}=b^{3}(a^{3}+b^{3})^{3}+a^{3}(a^{3}-2b^{3})^{3}+b^{3}(2a^{3}-b^{3})^{3}}$

o como

${\displaystyle a^{3}(a^{3}+2b^{3})^{3}=a^{3}(a^{3}-b^{3})^{3}+b^{3}(a^{3}-b^{3})^{3}+b^{3}(2a^{3}+b^{3})^{3}.}$ [10]​

El número 2 100 000^3 se puede expresar como la suma de tres cubos de nueve formas diferentes.[10]​

k = 4

95800^4 + 217519^4 + 414560^4 = 422481^4 (R. Frye, 1988)[4]​

30^4 + 120^4 + 272^4 + 315^4 = 353^4 (R. Norrie, 1911)[8]​

Esta es la solución más pequeña al problema de R. Norrie.

k = 5

27^5 + 84^5 + 110^5 + 133^5 = 144^5 (Lander & Parkin, 1966)[11]​[12]​[13]​

19^5 + 43^5 + 46^5 + 47^5 + 67^5 = 72^5 (Lander, Parkin, Selfridge, smallest, 1967)[8]​

21^5 + 23^5 + 37^5 + 79^5 + 84^5 = 94^5 (Lander, Parkin, Selfridge, second smallest, 1967)[8]​

7^5 + 43^5 + 57^5 + 80^5 + 100^5 = 107^5 (Sastry, 1934, third smallest)[8]​

k = 7

127^7 + 258^7 + 266^7 + 413^7 + 430^7 + 439^7 + 525^7 = 568^7 (M. Dodrill, 1999)[14]​

k = 8

90^8 + 223^8 + 478^8 + 524^8 + 748^8 + 1088^8 + 1190^8 + 1324^8 = 1409^8 (S. Chase, 2000)[15]​

Véase también

• Conjetura de Beal
• Cuádruple pitagórico
• Número de taxi generalizado

Referencias

1. Dunham, William, ed. (2007). The Genius of Euler: Reflections on His Life and Work. The MAA. p. 220. ISBN 978-0-88385-558-4. 
2. Titus, III, Piezas (2005). «Euler's Extended Conjecture». 
3. Lander, L. J.; Parkin, T. R. (1966). «Counterexample to Euler's conjecture on sums of like powers». Bull. Amer. Math. Soc. 72 (6): 1079. doi:10.1090/S0002-9904-1966-11654-3. 
4. Elkies, Noam (1988). «On A^4 + B^4 + C^4 = D^4». Mathematics of Computation 51 (184): 825-835. doi:10.1090/S0025-5718-1988-0930224-9. 
5. «Elkies' a^4+b^4+c^4 = d^4». 
6. «Sums of Three Fourth Powers». Archivado desde el original el 12 de noviembre de 2021. Consultado el 12 de noviembre de 2021. 
7. Frye, Roger E. (1988), «Finding 95800^4 + 217519^4 + 414560^4 = 422481^4 on the Connection Machine», Proceedings of Supercomputing 88, Vol.II: Science and Applications, pp. 106-116, doi:10.1109/SUPERC.1988.74138 .
8. Lander, L. J.; Parkin, T. R.; Selfridge, J. L. (1967). «A Survey of Equal Sums of Like Powers». Mathematics of Computation 21 (99): 446-459. doi:10.1090/S0025-5718-1967-0222008-0. 
9. Giovanni Resta and Jean-Charles Meyrignac (2002). The Smallest Solutions to the Diophantine Equation ${\displaystyle a^{6}+b^{6}+c^{6}+d^{6}+e^{6}=x^{6}+y^{6}}$, Mathematics of Computation, v. 72, p. 1054.
10. Math world : Diophantine Equation--3rd Powers
11. Burkard Polster (24 de marzo de 2018). «Euler's and Fermat's last theorems, the Simpsons and CDC6600» (video). Consultado el 24 de marzo de 2018. 
12. Matheorld: Diophantine Equation--5th Powers
13. A Table of Fifth Powers equal to Sums of Five Fifth Powers
14. Matheorld: Diophantine Equation--7th Powers
15. Matheorld: Diophantine Equation--8th Powers

Enlaces externos

• Tito Piezas III, una colección de identidades algebraicas Archivado el 1 de octubre de 2011 en Wayback Machine.
• Jaroslaw Wroblewski, sumas iguales de potencias similares
• Ed Pegg Jr., Juegos de matemáticas, Power Sums
• James Waldby, Una tabla de quintas potencias igual a un quinto poder (2009)
• R. Gerbicz, J.-C. Meyrignac, U. Beckert, Todas las soluciones de la ecuación diofántica a ^6 + b ^6 = c ^6 + d ^6 + e ^6 + f ^6 + g ^6 para a, b, c, d, e, f, g <250000 encontradas con un proyecto distribuido de Boinc
• EulerNet: Cálculo de sumas mínimas iguales de potencias similares
• Conjetura de Euler en library.thinkquest.org
• ¡Una simple explicación de la conjetura de Euler en matemáticas es buena para ti!

• Datos: Q1096450