高校数学の質問スレPART376
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0235132人目の素数さん
2014/08/02(土) 08:58:31.312<e<3<π<4から、π<4<2^e<2^3=8<3^2<π^2 即ち π<2^e<π^2 だから、対数関数の単調増加性に注意すれば、
log(π)<log(2^e)<2log(π) から C=e・log(2)/log(π) とおけば、1<C<2。
今、矛盾に導くことでCが無理数なることを示すために、Cが有理数であったとすると、
共に或る自然数m、nにより C=n/m と表わせ、よって任意のk≧1に対して
C=(a_k)/(b_k)を満たすような、共に単調増加なる2つの自然数列{a_k}、{b_k}が存在する。
ここに{b_k}について、或る自然数Mが存在して、k≧Mのとき b_k≧max(C、2)。
このとき、k≧Mが任意であったとして再度 C=(a_k)/(b_k) と書き直せば、(b_k)!・Cは自然数である。ここに、1<C<2。
また、(b_k)!・Σ1/(k!) 級数は0≦k≦b_kの範囲を走る(以下省略) は自然数である。
よって、N=(b_k)!・C−(b_k)!・Σ1/(k!) とおけば、Nは負整数である。ここで、
N=(b_k)!・e・log(2)/log(π)−(b_k)!・Σ1/(k!)
=(b_k)!・e(log(2)/log(π)−1)+(b_k)!・(e−Σ1/(k!))
=(b_k)!・e(log(2)/log(π)−1)+(b_k)!・Σ1/(k!) 級数はk≧b_k+1の範囲を走る(以下省略)
であり、従って
|N|=|(b_k)!・e(log(2)/log(π)−1)+(b_k)!・Σ1/(k!)|
は自然数である。ところで、k≧b_k+1に注意して|N|を評価すると
|N|≦|(b_k)!・e(log(2)/log(π)−1)|+|(b_k)!・Σ1/(k!)|
<2・|(b_k)!・Σ1/(k!)|
=2・(b_k)!・Σ1/(k!)=2・Σ1/{(b_k+1)(b_k+2)・…・k}
<2・Σ(1/2)^k 級数はk≧0の範囲を走る
=Σ(1/2)^k 級数はk≧1の範囲を走る
=1/(1−1/2)=2
となるから、|N|=1を得る。従って、負整数 N=-1 を元に戻せば、
(b_k)!・C−(b_k)!・Σ1/(k!)=-1 から C=(Σ1/(k!)−1)/(b_k)! が有理数であることになり矛盾する。
これで、C=e・log(2)/log(π) は無理数であることが示された。
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