Άρρητος

Συντονιστής: nsmavrogiannis

Άβαταρ μέλους
chris_gatos
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 6970
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 9:03 pm
Τοποθεσία: Ανθούπολη

Άρρητος

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από chris_gatos »

Εαν α πραγματικός αριθμός τέτοιος ώστε \displaystyle{ 
\cos (a\pi ) = \frac{1}{3} 
} τότε να αποδείξετε πως το α είναι άρρητος.
Χρήστος Κυριαζής
Άβαταρ μέλους
Demetres
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 9010
Εγγραφή: Δευ Ιαν 19, 2009 5:16 pm
Τοποθεσία: Λεμεσός/Πύλα
Επικοινωνία:

Re: Άρρητος

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Demetres »

Υπόδειξη: Δείξτε ότι για κάθε θετικό ακέραιο n ισχύει ότι \displaystyle{ \cos(n  a\pi ) = \frac{m_n}{3^n}} όπου m_n ακέραιος που δεν διαιρείται με το 3.
Άβαταρ μέλους
emouroukos
Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 1447
Εγγραφή: Δευ Δεκ 22, 2008 1:27 pm
Τοποθεσία: Αγρίνιο

Re: Άρρητος

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από emouroukos »

Θα αποδείξουμε το εξής γενικότερο αποτέλεσμα:

Για κάθε περιττό ακέραιο \displaystyle{n \ge 3}, ο αριθμός \displaystyle{{a_n} = \frac{1}{\pi }\arccos \left( {\frac{1}{{\sqrt n }}} \right)} είναι άρρητος.

(Το αρχικό πρόβλημα είναι η ειδική περίπτωση \displaystyle{n = 9}).

Θέτουμε \displaystyle{{b_n} = \pi {a_n} = \arccos \left( {\frac{1}{{\sqrt n }}} \right) \in \left( {0,\frac{\pi }{2}} \right).}

Θα αποδείξουμε επαγωγικά ότι για κάθε μη αρνητικό ακέραιο \displaystyle{k} ισχύει

\displaystyle{\cos \left( {k{b_n}} \right) = \frac{{{m_k}}}{{\sqrt {{n^k}} }},}

όπου \displaystyle{{m_k}} είναι ένας ακέραιος που δε διαιρείται με τον \displaystyle{n}.

Πράγματι, για \displaystyle{k \in \left\{ {0,1} \right\}} είναι \displaystyle{{m_0} = {m_1} = 1.} Για \displaystyle{k \ge 1} έχουμε:

\displaystyle{\cos \left[ {\left( {k + 1} \right){b_n}} \right] = 2\cos {b_n} \cdot \cos \left( {k{b_n}} \right) - \cos \left[ {\left( {k - 1} \right){b_n}} \right]  }

\displaystyle{ = \frac{2}{{\sqrt n }}\frac{{{m_k}}}{{\sqrt {{n^k}} }} - \frac{{{m_{k - 1}}}}{{\sqrt {{n^{k - 1}}} }} = \frac{{2{m_k} - n{m_{k - 1}}}}{{\sqrt {{n^{k + 1}}} }}.}

Βρίσκουμε, λοιπόν, ότι \displaystyle{{m_{k + 1}} = 2{m_k} - n{m_{k - 1}}.} Αφού ο \displaystyle{n \ge 3} είναι περιττός και ο \displaystyle{{m_k}} δεν είναι πολλαπλάσιο του \displaystyle{n}, από την παραπάνω αναδρομική σχέση έπεται ότι και ο \displaystyle{{m_{k + 1}}} δεν είναι πολλαπλάσιο του \displaystyle{n}.

Ας υποθέσουμε τώρα ότι ο αριθμός \displaystyle{{a_n} = \frac{{{b_n}}}{\pi }} είναι ρητός, με \displaystyle{{a_n} = \frac{r}{s}}, όπου οι \displaystyle{r,s} είναι θετικοί ακέραιοι με \displaystyle{s \ge 2}.
Τότε, θα είναι \displaystyle{s{b_n} = r\pi }, οπότε

\displaystyle{\cos \left( {s{b_n}} \right) = \cos \left( {r\pi } \right) \in \left\{ { - 1,1} \right\}.}

Είναι όμως

\displaystyle{\cos \left( {s{b_n}} \right) = \frac{{{m_s}}}{{\sqrt {{n^s}} }},}

οπότε ο αριθμός \displaystyle{\sqrt {{n^s}}  =  \pm {m_s}} είναι θετικός ακέραιος και μάλιστα πολλαπλάσιο του \displaystyle{n}, αφού \displaystyle{s \ge 2}. Έτσι, ο \displaystyle{{m_s}} θα είναι πολλαπλάσιο του \displaystyle{n}, πράγμα άτοπο.
Βαγγέλης Μουρούκος

Erro ergo sum.
Άβαταρ μέλους
nsmavrogiannis
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 4488
Εγγραφή: Σάβ Δεκ 20, 2008 7:13 pm
Τοποθεσία: Αθήνα
Επικοινωνία:

Re: Άρρητος

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από nsmavrogiannis »

chris_gatos έγραψε:Εαν α πραγματικός αριθμός τέτοιος ώστε \displaystyle{\cos (a\pi ) = \frac{1}{3} 
} τότε να αποδείξετε πως το α είναι άρρητος.
Ας υποθέσουμε ότι ο a είναι ρητός. Τότε για κάποιο κατάλληλο n θα είναι na\pi=2k\pi. Αυτό σημαίνει ότι ο w=\cos a\pi+i\sin a\pi είναι ρίζα του πολυωνύμου z^{n}-1 και επομένως κάποιου κυκλοτομικού πολυωνύμου άρα είναι αλγεβρικός ακέραιος. Από την άλλη μεριά το ελάχιστο πολυώνυμο του w είναι το z^{2}-\frac{2}{3}z+1 που δεν έχει ακέραιους συντελεστές και επομένως ο w δεν είναι αλγεβρικός ακέραιος.
Μαυρογιάννης
Αν κανείς δεν ελπίζει, δεν θα βρεί το ανέλπιστο, οι δρόμοι για το ανεξερεύνητο θα είναι κλειστοί.
Ηράκλειτος
Απάντηση

Επιστροφή στο “Άλγεβρα”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης