1.Доказательство является примерами дедуктивного рассуждения и отличаются от индуктивных или эмпирических аргументов. Доказательство должно продемонстрировать, что доказываемое утверждение всегда верно, иногда путем перечисления всех возможных случаев и показывая, что утверждение выполняется в каждом из них. Доказательство может опираться на очевидные или общепринятые явления или случаи, известные как аксиомы. Вопреки этому, доказывается иррациональность “корня квадратного из двух”.
2.Вмешательство топологии здесь объясняется самой природой вещей, что означает, что чисто алгебраического способа доказательства иррациональности, в частности, исходя из рациональных чисел нет.Вот пример, за вами право выбора: 1+1/2 + 1/4 + 1/8 ….= 2 или 1+1/2 + 1/4 + 1/8 …≠ 2 ???
Если вы примете 1+1/2 + 1/4 + 1/8 +…= 2, что считается “алгебраическим” подходом, то совсем не составляет труда показать, что существует n/m ∈ ℚ, которое на бесконечной последовательности является иррациональным и конечным числом.Это подсказывает, что иррациональные числа являются замыканием поля ℚ, но это относится к топологической особенности.
Так для чисел Фибоначчи, F(k): 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377, … lim{F(k+1)/F(k)} = φ
Это лишь показывает, что существует непрерывный гомоморфизм ℚ → I, и можно показать строго, что существования такого изоморфизма не является логическим следствием алгебраических аксиом.
Данное свойство играет важную роль в решении дифференциальных уравнений. Так, например, единственным решением дифференциального уравнения
является функция
где c - произвольная константа.
Формула Эйлера, в частности
5. т. н. "интеграл Пуассона" или "интеграл Гаусса"
8. Представление Каталана:
9. Представление через произведение:
10. Через числа Белла:
11. Мера иррациональности числа e равна 2 (что есть наименьшее возможное значение для иррациональных чисел).
Предположим, что
где a и b - натуральные числа. Учитывая данное равенство и рассматривая разложение в ряд:
получаем следующее равенство:
Представим данную сумму в виде суммы двух слагаемых, одно из которых - сумма членов ряда по n от 0 до a , а второе - сумма всех остальных членов ряда:
Теперь перенесем первую сумму в левую часть равенства:
Умножим обе части полученного равенства на. Получим
Теперь упростим полученное выражение:
Рассмотрим левую часть полученного равенства. Очевидно, что число целое. Целым является также и число, поскольку (отсюда следует, что все числа вида целые). Тем самым левая часть полученного равенства - целое число.
Перейдем теперь к правой части. Эта сумма имеет вид
По признаку Лейбница этот ряд сходится, и его сумма S есть вещественным числом, заключенное между первым слагаемым и суммой первых двух слагаемых (со знаками), т.е.
Оба эти числа при лежат между 0 и 1. Следовательно, т.е. - правая часть равенства - не может быть целым числом. Получили противоречие: целое число не может быть равно числу, которое не является целым. Это противоречие доказывает, что число e не является рациональным, а следовательно является иррациональным.
Само понятие иррационального числа так устроено, что оно определяется через отрицание свойства "быть рациональным", поэтому доказательство от противного является здесь наиболее естественным. Можно, однако предложить вот какое рассуждение.
Чем отличаются принципиально рациональные числа от иррациональных? Как те, так и другие, можно приблизить рациональными числами с любой заданной точностью, но для рациональных чисел имеется приближение с "нулевой" точностью (самим этим числом), а для иррациональных чисел это уже не так. Попытаемся на этом "сыграть".
Прежде всего, отметим такой простой факт. Пусть $%\alpha$%, $%\beta$% -- два положительных числа, которые приближают друг друга с точностью $%\varepsilon$%, то есть $%|\alpha-\beta|=\varepsilon$%. Что произойдёт, если мы заменим числа на обратные? Как при этом изменится точность? Легко видеть, что $$\left|\frac1\alpha-\frac1\beta\right|=\frac{|\alpha-\beta|}{\alpha\beta}=\frac{\varepsilon}{\alpha\beta},$$ что будет строго меньше $%\varepsilon$% при $%\alpha\beta>1$%. Это утверждение можно рассматривать в качестве самостоятельной леммы.
Теперь положим $%x=\sqrt{2}$%, и пусть $%q\in{\mathbb Q}$% -- рациональное приближение числа $%x$% с точностью $%\varepsilon$%. Мы знаем, что $%x>1$%, а насчёт приближения $%q$% потребуем выполнения неравенства $%q\ge1$%. У всех чисел, меньших $%1$%, точность приближения будет хуже, чем у самой $%1$%, и потому мы не будем их рассматривать.
К каждому из чисел $%x$%, $%q$% прибавим по $%1$%. Очевидно, точность приближения останется той же. Теперь у нас есть числа $%\alpha=x+1$% и $%\beta=q+1$%. Переходя к обратным числам и применяя "лемму", мы придём к выводу, что точность приближения у нас улучшилась, став строго меньше $%\varepsilon$%. Требуемое условие $%\alpha\beta>1$% у нас соблюдено даже с запасом: на самом деле мы знаем, что $%\alpha>2$% и $%\beta\ge2$%, откуда можно сделать вывод, что точность улучшается как минимум в $%4$% раза, то есть не превосходит $%\varepsilon/4$%.
И вот здесь -- основной момент: по условию, $%x^2=2$%, то есть $%x^2-1=1$%, а это значит, что $%(x+1)(x-1)=1$%, то есть числа $%x+1$% и $%x-1$% обратны друг другу. А это означает, что $%\alpha^{-1}=x-1$% будет приближением к (рациональному) числу $%\beta^{-1}=1/(q+1)$% c точностью строго меньше $%\varepsilon$%. Осталось прибавить по $%1$% к этим числам, и окажется, что у числа $%x$%, то есть у $%\sqrt{2}$%, появилось новое рациональное приближение, равное $%\beta^{-1}+1$%, то есть $%(q+2)/(q+1)$%, с "улучшенной" точностью. Это завершает доказательство, так как у рациональных чисел, как мы отмечали выше, существует "абсолютно точное" рациональное приближение с точностью $%\varepsilon=0$%, где точность в принципе повысить нельзя. А мы сумели это сделать, что говорит об иррациональности нашего числа.
Фактически, это рассуждение показывает, как строить конкретные рациональные приближения для $%\sqrt{2}$% со всё улушающейся точностью. Надо сначала взять приближение $%q=1$%, и далее применять одну и ту же формулу замены: $%q\mapsto(q+2)/(q+1)$%. В ходе этого процесса получается следующее: $$1,\frac32,\frac75,\frac{17}{12},\frac{41}{29},\frac{99}{70}$$ и так далее.
Дробь m/n будем считать несократимой (ведь сократимую дробь всегда можно привести к несократимому виду). Возведя обе части равенства в квадрат, получим m ^2=2n ^2. Отсюда заключаем, что m^2, а следом за этим и число m - чётное. т.е. m = 2k . Поэтому m ^2 = 4k ^2 и, следовательно, 4k ^2 =2n ^2, или 2k ^2 = n ^2. Но тогда получается, что и n также чётное число, а этого быть не может, поскольку дробь m/n несократима. Возникает противоречие. Остаётся сделать вывод: наше предположение неверно и рационального числа m/n , равного √2, не существует.»
Вот и всё их доказательство.
Критическая оценка доказательства древних греков
1) В принятом у греков рациональном числе m/n числа m и n – целые, но неизвестные (то ли они чётные , то ли они нечётные ). И это так! А чтобы как-то установить между ними какую-либо зависимость, надо точно определиться с их назначением;
2) Когда древние определились с тем, что число m – чётное, то в принятом ими равенстве m = 2k они (умышленно или по незнанию!) не совсем «корректно» охарактеризовали число «k ». А ведь здесь число k – это целое (ЦЕЛОЕ!) и вполне известное число, вполне чётко определяющее найденное чётное число m . И не будь этого найденного числа «k » древние не могли бы в дальнейшем «использовать » и число m ;
3) А когда из равенства 2k ^2 = n ^2 древние получили число n ^2 чётное, а вместе с тем и n – чётное, то им надо было бы не спешить с выводом о «возникшем противоречии », а лучше удостовериться в предельной точности принятого ими «выбора » числа «n ».
А как это можно было им сделать? Да, просто!
Смотрите: из полученного ими равенства 2k
^2 = n
^2 можно было элементарно получить и такое равенство k
√2 = n
. И здесь никак нет ничего предосудительного – ведь получили же они из равенства m/n
=√2 другое адекватное ему равенство m
^2=2n
^2 ! И никто им не перечил!
Но зато в новом равенстве k √2 = n при очевидных ЦЕЛЫХ числах k и n видно, что из него всегда получают число √2 - рациональное . Всегда! Поскольку в нём числа k и n - известные ЦЕЛЫЕ!
А вот чтобы из их равенства 2k ^2 = n ^2 и, как следствие этого, из k √2 = n получить число √2 – иррациональное (как того «пожелали » древние греки!), то в них необходимо иметь, как минимум , число «k » в виде нецелого (!!!) числа. А этого у древних греков как раз и НЕТ!
Отсюда и ВЫВОД: вышеприведённое доказательство иррациональности числа √2, сделанное древними греками 2400 лет тому назад, откровенно неверное и математически некорректно, если не сказать грубо – оно просто фальшивое .
В показанной выше небольшой брошюрке Ф-6 (см. фото выше), выпущенной в г. Краснодар (Россия) в 2015 году общим тиражом 15000 экз. (очевидно, со спонсорским вложением) приведено новое, предельно-корректное с точки зрения математики и предельно-верное ]доказательство иррациональности числа √2, которое давно могло бы состояться, не будь жёстких "препо н" к изучению древностей Истории.
А свои корни они извлекли из латинского слова «ratio», что означает «разум». Исходя из дословного перевода:
Рациональным числом считается то число, которое можно записать в виде:
Иными словами, к рациональному число подойдет следующие определения:
Рассмотрим примеры рациональных чисел:
Из вышеперечисленных примеров совершенно очевидно, что рациональные числа могут быть как положительными так и отрицательными . Естественно, число 0 (нуль), которое тоже в свою очередь является рациональным числом, в тоже время не относится к категории положительного или отрицательного числа.
Отсюда, хотелось бы напомнить общеобразовательную программу с помощью следующего определения: «Рациональными числами» — называются те числа, которые можно записать в виде дроби х/у, где х (числитель) — целое число, а у (знаменатель) — натуральное число.
Помимо «рациональных чисел» нам известны и так называемые «иррациональные числа». Вкратце попробуем дать определение данным числам.
Еще древние математики, желая вычислить диагональ квадрата по его сторонам, узнали о существовании иррационального числа.
Исходя из определения о рациональных числах, можно выстроить логическую цепь и дать определение иррациональному числу.
Итак, по сути, те действительные числа, которые не являются рациональными, элементарно и есть иррациональными числами.
Десятичные дроби же, выражающие иррациональные числа, не периодичны и бесконечны.
Рассмотрим для наглядности небольшой пример иррационально числа. Как мы уже поняли, бесконечные десятичные непериодические дроби называются иррациональными, к примеру:
Вообще все действительные числа являются как рациональными так и иррациональными. Говоря простыми словами, иррациональное число нельзя представить ввиде обыкновенной дроби х/у.
Мы рассмотрели каждое число по отдельности, осталось отличие между рациональным числом и иррациональным:
Заключим нашу статью несколькими определениями:
