• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.定义
  • 4.难题
  • 5.证明
  • 6.常见形式
  • 7.数例
  • 8.意义
  • 9.各种形式
  • 10.参考资料

超越数

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数学概念

超越数的存在是由法国数学家刘维尔(Joseph Liouville,1809—1882)在1844年最早证明的。关于超越数的存在,刘维尔写出了下面这样一个无限小数:a=0.110001000000000000000001000···(a=1/10^(1!)+1/10^(2!)+1/10^(3!)+···),并且证明取这个a不可能满足任何整系数代数方程,由此证明了它不是一个代数数,而是一个超越数。后来人们为了纪念他首次证明了超越数,所以把数a称为刘维尔数1

基本信息

  • 中文名

    超越数

  • 外文名

    transcendental number

  • 提出时间

    1844年2

  • 应用学科

    数学

  • 定义

    不是代数的数

  • 重要人物

    刘维尔厄米特林德曼

  • 类型

    数学概念

定义

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超越数是指不满足任何整系数(有理系数)多项式方程的实数,即不是代数数的数。因为欧拉说过:“它们超越代数方法所及的范围之外。”(1748年)而得名。

1844年,刘维尔(J.liouville,法,1809—1882)首先证明了超越数的存在性。厄米特与林德曼先后证明了imageimage为超越数。

难题

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超越数是不能满足任何整系数代数方程的实数,定义恰与代数数相反。两个著名的例子:圆周率image自然对数的底image,可以证明超越数有无穷个。在实数中除了代数数外,其余的都是超越数,但是超越数不一定是实数,比如著名的欧拉公式image中的image即是一个虚超越数。实数可以作如下分类:实数分为实代数数、实超越数。所有超越数构成的集是一个不可数集。这暗示超越数为无穷数集。可是,现今发现的超越数极少,因为要证明一个数是超越数是十分困难的。

证明

刘维尔数证明后,许多数学家都致力于对超越数的研究。1873年,法国数学家埃尔米特(Charles Hermite,1822—1901)又证明了自然对数底e的超越性,从而使人们对超越数的认识更为清楚。1882年,德国数学家林德曼证明了圆周率也是一个超越数(完全否定了“化圆为方”作图的可能性)。

在研究超越数的过程中,大卫·希尔伯特曾提出猜想:a是不等于0和1的代数数,b是无理代数数,则a^b是超越数(希尔伯特问题中的第七题)。

这个猜想已被证明,于是可以断定imageimage是超越数。

常见形式

实数中除代数数以外的数,亦即不满足任一个整系数代数方程image的数。理论上证明超越数的存在并不难,而且可知超越数是大量的。但要构造一个超越数或论证某个数是超越数就极为困难。现今只有少量的数如imageimage,等的超越性得到了证明,对其他一些有兴趣的数的超越性的研究是数学家十分关注的事3

数例

π

π,在中国叫又环率、圆率、圆周率等。

最先得出image的是希腊的阿基米德(约公元前240年),最先给出π小数后面四位准确值的是希腊人托勒密(约公元前150年),最早算出π小数后七位准确值的是中国的祖冲之(约480年),1610年荷兰籍德数学家鲁道夫应用内接和外切正多边形计算π值,通过2边形计算π到35位小数,花费了毕生精力,1630年格林贝格利用斯涅耳的改进方法计算π值到39位小数,这是利用古典方法计算π值的最重要尝试。

以上都是古典方法计算π值。

达什首先计算出π的准确的200位数字。