■書ききれなかった数の話(その21)

 超越数の例としては,

  e,π,exp(√2),log2,2^√2,exp(π),log102

などがしれられいます.

 πとeは最も有名な超越数ですが,π+e,πeのうち,少なくとも一方は無理数であることはわかっています.π+eが超越数かどうか(実は無理数であるかどうかさえ)未解決ですが,exp(π)+πは超越数であることが証明されています.

[1]exp(π)>π^e

   exp(π)=23.14069≒π+20

[2]tan1°が無理数であることは加法定理を使って示すことができますが,sin1°が無理数であることの証明は格段と難しくなります.背理法を使って証明してみましょう.

 sin1°が有理数であると仮定する.3倍角の公式,

  sin3θ=3sinθ−4sin^3θ

よりsin3°は有理数.次に,5倍角の公式,

  sin5θ=16sin^5−20sin^3θ+5sinθ

よりsin15°は有理数.

 これは,

  sin15°=(√6−√2)/4は無理数

であることに矛盾する.

[3]logπは無理数でしょうか? さらには超越数でしょうか?

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[Q]π+e,πeのうち,少なくとも一方は無理数であることを示せ.

[A]どちらも有理数であるならば,

  x^2−(π+e)x+πe=0

は有理数の係数をもつ方程式で,その根はπとeであるが,それはπとeは超越数であるという事実に反する.

 (誰もがそう信じているが)どちらも無理数であることが証明できれば素晴らしいのであるが,その証明はいまだ存在しない.

[Q]π+e,π−eの両方が代数的数であることはあり得ないことを証明せよ.

[A]代数的数は加法と乗法について閉じている.もしそうだとしたら,(π+e)+(π−e)=2πも代数的数であることになり矛盾.

[Q]πe,π/eの両方が代数的数であることはあり得ないことを証明せよ.

[A]代数的数は加法と乗法について閉じている.もしそうだとしたら,(πe)・(π/e)=π^2も代数的数であることになり矛盾.

[Q]π+e,πeのうち,少なくとも一方は超越数であることを証明せよ.

[A]?

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