证明π是无理数

投稿:清明雨揽月 优质问答领域创作者 发布时间:2023-10-15 15:32:30
证明π是无理数

圆周率π是一个无理数,因为它的小数点后无穷无尽,无法用有限的数字表示出来。

可以用反证法来证明圆周率π是一个无理数:

假设圆周率π是一个有理数,则可以表示为两个整数的比值:

π=a/b

其中a和b都是整数,且b≠0。

由于π的小数点后无穷无尽,因此a和b的乘积必须大于π的小数点后的所有数字之和,即:

a*b>1+4+1+5+9+2+6+5+3+5+8+9+7+9+3+2+3+8+4+6+2+6+4+3+3+8+3+2+7+9+5+0+2+8+8+4+1+9+7+1+6+9+3+9+9+3+7+5+1+0+5+8+2+7+7+9+6+5+1+6+7+3+0+2+8+2+3+9+8+7+6+2+0+7+3+5+3+1+0+5+3+2+8+7+6+5+2+5+7+2+9+1+8+6+1+3+6+2+5+3+5+9+1+7+8+4+2+8+6+1+7+4+7+9+9+2+0+8+8+8+0+7+7+3+1+8+5+2+2+7+1+2+1+9+4+9+7+0+2+3+1+8+6+0+7+4+9+3+9+9+6+3+9+8+4+8+9+7+6+2+7+8+2+4+7+5+0+3+8+6+3+2+4+6+1+7+3+7+6+9+0+2+5+8+5+4+7+5+2+1+2+9+4+6+9+6+3+6+5+7+4+8+1+7+2+9+3+5+1+2+

由于a和b都是整数,因此a*b的值有限,而π的小数点后的数字是无限的,因此a*b永远不可能大于π的小数点后的所有数字之和。

因此,假设π是一个有理数是不成立的,所以π是一个无理数。

扩展:

圆周率π是一个非常重要的数字,它出现在许多几何和数学问题中,用于计算圆的面积和周长。圆周率π的值大约为3.14159,它是一个无理

证明π是无理数

要证明π是无理数,可以使用反证法。假设π是有理数,即可以表示为两个整数的比值。那么可以将π表示为一个分数形式,例如π = a/b,其中a和b是互质的整数。然后进行一系列推导和变换,可以得到矛盾的结论。

最常用的方法是通过使用皮亚诺定理(Peano's theorem)来证明。该定理指出,对于任意的整数n,存在多项式P(x)使得P(n) = 0。我们可以构造一个这样的多项式,使得当x取π时,P(x) = 0。如果π是有理数,那么它可以表示为一个有限的小数或循环小数。在这种情况下,可以找到一个整数n,使得P(n) = 0。但是,由于P(x)是一个多项式,其系数都是整数,所以P(n)应该是一个整数。然而,由于π是无理数,P(π) = 0,这意味着P(π)不是整数,与前面的假设相矛盾。

因此,通过反证法可以证明π是无理数。这个证明方法是由德国数学家约翰·弗朗西斯·约瑟夫·赫尔曼·林德曼(Johann Friedrich Pfaff)于1816年首次提出的。

证明π是无理数

π是无理数。因为,根据有理数的定义:有理数是一个整数a和一个正整数b的比,例如3/8,通则为a/b。有理数的小数部分是有限或为无限循环的数。而π=3.1415926…是无限不循环小数,不在有理数的范围。证明过程假设π是有理数,则π=a/

π是无理数。因为,根据有理数的定义:有理数是一个整数a和一个正整数b的比,例如3/8,通则为a/b。有理数的小数部分是有限或为无限循环的数。而π=3.1415926...是无限不循环小数,不在有理数的范围。

证明过程

假设π是有理数,则π=a/b,(a,b为自然数)

令f(x)=(x^n)[(a-bx)^n]/(n!)

若0<x<a/b,则

0<f(x)<(π^n)(a^n)/(n!)

0<sinx<1

以上两式相乘得:

0<f(x)sinx<(π^n)(a^n)/(n!)

当n充分大时,在[0,π]区间上的积分有

0<∫f(x)sinxdx <[π^(n+1)](a^n)/(n!)<1 …………(1)

又令:F(x)=f(x)-f"(x)+[f(x)]^(4)-…+[(-1)^n][f(x)]^(2n),(表示偶数阶导数)

由于n!f(x)是x的整系数多项式,且各项的次数都不小于n,故f(x)及其各阶导数在x=0点处的值也都是整数,因此,F(x)和F(π)也都是整数。

又因为

d[F'(x)sinx-F(x)conx]/dx

=F"(x)sinx+F'(x)cosx-F'(x)cosx+F(x)sinx

=F"(x)sinx+F(x)sinx

=f(x)sinx

所以有:

∫f(x)sinxdx=[F'(x)sinx-F(x)cosx],(此处上限为π,下限为0)

=F(π)+F(0)

上式表示∫f(x)sinxdx在[0,π]区间上的积分为整数,这与(1)式矛盾。所以π不是有理数,又它是实数,故π是无理数。

圆周率

圆周率是表示圆的周长与直径比值的数学常数,用希腊字母π表示。π也等于圆形之面积与半径平方之比,近似值约等于3.14159265359,是精确计算圆周长、圆面积、球体积等几何形状的关键值,在分析学里,π可以严格地定义为满足sinx=0的最小正实数x。