En sus correspondencias con Gauss trataban temas sobre las matemáticas de gran dificultad, por lo que el propio Gauss al conocer que M. le Blanc se trataba de una mujer se quedo asombrado. Incluso la escribio una carta Sophie diciendo que en una sociedad en la que la mujer era inferior al hombre y los estudios prácticamente no había ninguna mujer; el genio y el valor de Sophie debía de ser algo digno de apreciar.
Trabajo en teoria de números (una disciplina en la que logro importantes resultados. Uno de los mas importantes fueron los posteriormente nombrados Números de Sophie, números primos que incrementados una intensidad seguían siendo números primos) y en la teoría de superficies elásticas, disciplina en en la que sus trabajos originales fueron premiados por la Academia de Ciencias de París.
Una de las mayores contribuciones de Germain a la teoria de los numeros fue la demostracion matematica de la siguiente proposicion: si x, y, z son enteros y X5 + y5 = z5 , entonces al menos uno de ellos (x,y, z) es divisible por 5. Esta demostracion, que fue descrita por promera vez en una carta a Gauss, tenia una importancia significativa ya que ratringia de forma considerable las soluciones del ultimo teorema de Fermat, el famoso, el famoso enunciado que no pudo ser demostrado por completo hasta 1993.
Una de sus mas famosas identidades, mas comunmente conocida como Identidad de Sophie Germain expresa para dos nueros x e y que:
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