Трансценде́нтное число́ (от лат. transcens — переходить за предел, превосходить[1]) — это вещественное или комплексное число, не являющееся алгебраическим — иными словами, число, которое не может быть корнем многочлена с целочисленными коэффициентами (не равного тождественно нулю)[2]. Можно также заменить в определении многочлены с целочисленными коэффициентами на многочлены с рациональными коэффициентами, поскольку корни у них одни и те же.
Свойства
Все комплексные числа делятся на два непересекающихся класса — алгебраические и трансцендентные. С точки зрения теории множеств, трансцендентных чисел гораздо больше, чем алгебраических: множество трансцендентных чисел континуально, а множество алгебраических счётно.
Каждое трансцендентное вещественное число является иррациональным, но обратное неверно. Например, число — иррациональное, но не трансцендентное: оно является корнем уравнения (и потому является алгебраическим).
В отличие от множества алгебраических чисел, которое является полем, трансцендентные числа не образуют никакой алгебраической структуры относительно арифметических операций — результат сложения, вычитания, умножения и деления трансцендентных чисел может быть как трансцендентным, так и алгебраическим числом. Однако некоторые ограниченные способы получить трансцендентное число из другого трансцендентного существуют.
- Если — трансцендентное число, то и также трансцендентны.
- Если — ненулевое алгебраическое число, а — трансцендентное число, то трансцендентны.
- Если — трансцендентное число, а — натуральное число, то и трансцендентны.
Мера иррациональности почти всякого (в смысле меры Лебега) трансцендентного числа равна 2.
Примеры трансцендентных чисел
- Число (Ф. фон Линдеман, 1882).
- Число (Ш. Эрмит, 1873).
- Постоянная Гельфонда (А. О. Гельфонд, 1934).
- , (Ю. В. Нестеренко, 1996).
- Десятичный логарифм любого натурального числа[3], кроме чисел вида .
- и , для любого ненулевого алгебраического числа (по теореме Линдемана — Вейерштрасса).
История
Впервые понятие трансцендентного числа (и сам этот термин) ввёл Леонард Эйлер в труде «De relation inter tres pluresve quantitates instituenda» (1775 год)[4]. Эйлер занимался этой темой ещё в 1740-е годы[5]; он заявил, что значение логарифма для рациональных чисел не является алгебраическим («радикальным», как тогда говорили)[6], за исключением случая, когда для некоторого рационального Это утверждение Эйлера оказалось верным, но не было доказано вплоть до XX века.
Существование трансцендентных чисел доказал Жозеф Лиувилль в 1844 году, когда опубликовал теорему о том, что алгебраическое число невозможно слишком хорошо приблизить рациональной дробью. Лиувилль построил конкретные примеры («числа Лиувилля»), ставшие первыми примерами трансцендентных чисел.
В 1873 году Шарль Эрмит доказал трансцендентность числа e, основания натуральных логарифмов. В 1882 году Линдеман доказал теорему о трансцендентности степени числа e с ненулевым алгебраическим показателем, тем самым доказав трансцендентность числа и неразрешимость задачи квадратуры круга.
В 1900 году на II Международном конгрессе математиков Гильберт в числе сформулированных им проблем сформулировал седьмую проблему: «Если , — алгебраическое число, и — алгебраическое, но иррациональное, верно ли, что — трансцендентное число?» В частности, является ли трансцендентным число . Эта проблема была решена в 1934 году Гельфондом, который доказал, что все такие числа действительно являются трансцендентными.
Вариации и обобщения
В теории Галуа рассматривается более общее определение: элемент расширения поля P трансцендентный, если он не является корнем многочлена над P.
Существует аналог теории трансцендентных чисел для многочленов с целочисленными коэффициентами, определённых на поле p-адических чисел[2].
Некоторые открытые проблемы
См. также
Примечания
Литература
Ссылки на внешние ресурсы |
---|
| |
---|
Словари и энциклопедии | |
---|
В библиографических каталогах | |
---|
|
---|
Счётные множества | |
---|
Вещественные числа и их расширения | |
---|
Инструменты расширения числовых систем | |
---|
Другие числовые системы | |
---|
См. также | |
---|