当前位置:文档之家› pi为无理数的简洁证法

pi为无理数的简洁证法

π为无理数的比较简洁的证法
用反证法。

如果π为有理数,令πb a /=,其中均是整数且。

对于任意自然数,构造
多项式b a ,0>b n !
n bx a x x f n
n )()(−=,先回忆一下一个多项式的系数与其各阶导数的关系。

假设 0111)(a x a x a x a x g n n n n ++=−−++L
是任意一个次多项式,则常数项n )0(0g a =。

对求导后,可以知道一次项的系数。

一般的,不难归纳出的次项系数,其中表示表示的k 阶导数。

)(x g )0(1g a ′=)(x g k !/)0()(k g a k k =)()(x g k )()(x g k )(x g 现在令
n n bx a x x f n x g )()(!)(−==,
则显然是一个次的整系数多项式,最低次项为。

根据上述多项式的求导规律,当时有,即;而当时为整数。

注意到,这说明)(x g n 2n n x a n k <0!/)0()(==k k a k g 0)0()(=k g
n k ≥k k a k g =!/)0()()(!)()()(x f n x g k k =n k <时,而当时为
整数,此时本身必为整数。

总之,对于任意的,证明了都是整数。

0!/)0()(=k f k n k ≥!/)0(!)(k f n k )0()(k f k )0()(k f 因为已经假设了b a /=π,不难看出)()(x f x f −=π,根据求导的简单性质可知

)()())1)(()(k k k x f x f −−=π从而
)()())1)(0()(k k k f f −=π,
所以也总是整数。

)()πk f 从出发,再构造一个多项式
)(x f )()1()()()()()2()4()2(x f x f x f x f X F n n −+−+−=L ,
不难看出
)()()(x f x F x F =+′′。

既然在和)(x f 0=x π=x 时均取整数值,则和)0(F )(πF 也都是整数。

现在
x x f x x F x F x x F x x F dx
d sin )(sin )]()([]cos )(sin )([=+′′=−′, 所以,根据微积分学基本定理,

+=ππ0)0()(sin )(F F xdx x f
也是一个整数。

但是另方面,对于π<<x 0,有下述不等式
!sin )(0n a x x f n
n π<<。

显然,当时,∞→n !n a n
n π将越来越小,以零为极限。

所以当一开始就把取的充分大时,
使得n ππ1
!sin )(0<<<n a x x f n
n ,则得相应的积分值
∫<<π
01sin )(0xdx x f , 就说明了其不可能是整数,得出矛盾。

―――――摘自《数学的100个基本问题》 靳平主编 山西科学出版社 2004。

相关主题