科普|因为这部数学名著中文版的错误,我决定再科普一下这个知识

作者:Math001
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事情的起因是我们哆嗒数学网的一位网友拿着Hardy和Wright合著的《数论导引》中文版说 , 书中明确指出 , 数学家早在1930年前后 , 就证明了eπ是无理数 。 这个让我吃惊 , 因为就几天前 , 我所能查到的资料 , 都说明eπ是否是无理数的问题还是一个未知答案的问题 。 ——2017年前后 , 有人在预印本网站上发文说证明了它是无理数 , 但是被各路数学家指出了这篇文章的低级错误 。

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《数论导引》是英国顶级数学家Hardy的名著 , 英文原名叫做An Introduction to the Theory of Numbers直译一般应该是《数论导引》 。 但是 , 为了销售上的考虑 , 图灵出版社翻译这本书的时候 , 将书名定成了《哈代数论》 , 当当有售 , 现在巨贵 。 如此名著中既然这样写了 , 我们就要认真考证一下 , 到底怎么回事 。

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【科普|因为这部数学名著中文版的错误,我决定再科普一下这个知识】第一反应是不是翻译成中文后 , 阴差阳错出现了搬运错误?上面中文版的截图是该书的第6版 , 于是我也找到英文版的第6版来对比 。 结果 , 不出我所料 , 英文版和中文版的内容果然对不上 。 出乎我意料的是 , 中英对照的差异——比我原想的大的多 。

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首先 , 英文版中列出了两行实数 , 分别列出了哪些是已经被证明了是无理数的数 , 哪些还没有被证明是无理数的数 。 两行数 , 每行4个数 , 共8个 。 而中文版中对应的两行数变成每行3个数 , 共6个 。 然而 , 数的个数还不是最大的差异 。 在已经被证明了是无理数的那一行中 , 中文版里列入了eπ , 而英文版里并没有eπ , 而是另外两个数 。 而还没有证明是无理数的那一行 , 英文版里本来有e+π , 但是中文版里把这个数去掉了 。
——遗憾的是 , e+π以及eπ这两个数的是否是无理数 , 到目前为止 , 依旧是未解之谜 , 人类中没人知道 。 这些问题涉及数学里的一个研究分支 , 叫做超越数论 。
超越数论里有个非常重要的猜想 , 叫做沙努尔猜想 。 如果这个猜想成立 , 那么很多数的无理性以及超越性都能得到证明 , 包括e+π和eπ 。
在介绍这个猜想之前 , 首先要介绍一下在有理数数域上线性相(无)关和代数相(无)关的概念 。
对于n个复数x1, x2, ... , xn, 如果存在不全为零的有理数q1, q2, ... , qn 使得q1·x1 + q2·x2 + ... + qn·xn = 0。 则称x1, x2, ... , xn在有理数域上线性相关 , 否则叫做在有理数域上线性无关 。
对于n个复数x1, x2, ... , xn, 如果存在非零n元有理数系数多项式f满足f(x1, x2, ... , xn) = 0。 则称x1, x2, ... , xn在有理数域上代数相关 , 否则叫做有理数域上代数无关 。
沙努尔猜想说:如果n个复数x1, x2, ... , xn在有理数域上线性无关 , 那么这2n个复数中x1, x2, ... , xn, e^x1 , e^x2, ... , e^xn至少能找到n个复数有理数域上代数无关 。 (其中e^x 表示e的x次方)
知道了沙努尔猜想 , 我们就可以在假设这个猜想成立的情况 , 证明e+π和eπ都是无理数(实际上能证明都是超越数) 。
1和πi显然在理数域上线性无关 , 所以 1 、πi 、 e 、 -1这4个数中 , 能找到2个代数无关 。 (注意 e^πi = -1)
如果令f(x,y)=(x-1)(x+1)y , 就能得到f(±1,y) =0 , 说明±1和所有复数都代数相关 。 所以只能πi 和 e代数无关 。
πi 和 e代数无关能得到π和e代数无关 。 这一点 , 如果你有代数扩张方面的知识能迅速看出来 。 当然 , 这里为了保证这篇文章一定的友好度 , 我们也简单说明一下 。
如若不然存在非零二元有理系数多项式f(x,y)满足f(e,π) = 0 。 那么令g(x,y) = f(x,iy)·f(x,-iy) , 这是一个非零有理系数多项式 。 而g(e,πi) = 0 ,与πi 和 e代数无关矛盾 。
既然e和π代数无关 , 那么e+π不可能是有理数 。 如若不然 , e+π=q是有理数 , 则令f(x,y) = x+y-q, f(e,π) = 0,矛盾 。 同样的方式 , 也可证明eπ不可能是有理数 。
好了 , 我想科普的内容就是这个沙努尔猜想 。 如果读者你能有幸解决他 , 得几个数学界的大奖是没问题的 。 甚至如果你没满40岁的话 , 冲击一下数学界的最高奖菲尔兹奖也是有机会的 。
如果 , 你能证明eπ、e+π是无理数的话 , 拿个数学的博士学位应该没问题吧 。
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