Aproximación constructiva: números irracionales y trascendentes

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1 Aproximación constructiva: números irracionales y trascendentes B. de la Calle Ysern Dpto. de Matemática Aplicada, E.T.S. Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid Encuentro Iberoamericano p. 1/2

2 La cuadratura del círculo Problemas clásicos de la Antigüedad: La trisección del ángulo. La duplicación del cubo. La cuadratura del círculo. Encuentro Iberoamericano p. 2/2

3 La cuadratura del círculo Problemas clásicos de la Antigüedad: La trisección del ángulo. La duplicación del cubo. La cuadratura del círculo. Antecedentes: { Magnitudes inconmensurables. Construcciones con regla y compás. Encuentro Iberoamericano p. 2/2

4 La cuadratura del círculo Números constructibles o euclídeos son aquellos que se pueden construir mediante el uso combinado de la regla y el compás a partir de una magnitud unitaria. Los denotaremos por E. Encuentro Iberoamericano p. 2/2

5 La cuadratura del círculo Números constructibles o euclídeos son aquellos que se pueden construir mediante el uso combinado de la regla y el compás a partir de una magnitud unitaria. Los denotaremos por E. Dificultades: { No todo número real es constructible: R E. Carencia de nociones algebraicas. Encuentro Iberoamericano p. 2/2

6 La cuadratura del círculo Números constructibles o euclídeos son aquellos que se pueden construir mediante el uso combinado de la regla y el compás a partir de una magnitud unitaria. Los denotaremos por E. Son aquellos números que se obtienen a partir de Q mediante las operaciones de cuerpo y extracción de raíces cuadradas. Encuentro Iberoamericano p. 2/2

7 La cuadratura del círculo Números constructibles o euclídeos son aquellos que se pueden construir mediante el uso combinado de la regla y el compás a partir de una magnitud unitaria. Los denotaremos por E. El polinomio mínimo de z C es, si existe, el de menor grado entre los polinomios mónicos y con coeficientes en Q que tienen a z como raíz. Se caracteriza por ser irreducible en Q. Encuentro Iberoamericano p. 2/2

8 La cuadratura del círculo Números constructibles o euclídeos son aquellos que se pueden construir mediante el uso combinado de la regla y el compás a partir de una magnitud unitaria. Los denotaremos por E. El polinomio mínimo de z C es, si existe, el de menor grado entre los polinomios mónicos y con coeficientes en Q que tienen a z como raíz. Se caracteriza por ser irreducible en Q. El polinomio mínimo de un número constructible tiene grado 2 m Encuentro Iberoamericano p. 2/2

9 La cuadratura del círculo Wantzel (1837). Imposibilidad de la duplicación del cubo y la trisección del ángulo: El polinomio x 3 2 es irreducible de grado 3. Si π/3 se pudiera trisecar entonces 2 cos(π/9) sería constructible. Además es raíz de x 3 3x 1, polinomio irreducible de grado 3. Encuentro Iberoamericano p. 3/2

10 La cuadratura del círculo Llamaremos números algebraicos a aquellos que sean raíz de algún polinomio con coeficientes en Q. El grado de un número algebraico es el grado de su polinomio mínimo. El conjunto de números algebraicos lo denotaremos por A. Encuentro Iberoamericano p. 3/2

11 La cuadratura del círculo Llamaremos números algebraicos a aquellos que sean raíz de algún polinomio con coeficientes en Q. El grado de un número algebraico es el grado de su polinomio mínimo. El conjunto de números algebraicos lo denotaremos por A. Q E A C Encuentro Iberoamericano p. 3/2

12 La cuadratura del círculo Llamaremos números algebraicos a aquellos que sean raíz de algún polinomio con coeficientes en Q. El grado de un número algebraico es el grado de su polinomio mínimo. El conjunto de números algebraicos lo denotaremos por A. Los elementos de C \ A se llaman números trascendentes. Existen números trascendentes? Cuántos hay? Cómo se prueba que un número es trascendente? Es π trascendente? Encuentro Iberoamericano p. 3/2

13 Números irracionales Sea a un número real y {p n /q n } Q una sucesión tal que i) Para todo n N, q n a p n 0, ii) lim q n a p n = 0 a p n = o n q n Entonces a es un número irracional. ( 1 q n ), n. Encuentro Iberoamericano p. 4/2

14 Números irracionales Sea a un número real y {p n /q n } Q una sucesión tal que i) Para todo n N, q n a p n 0, ii) lim q n a p n = 0 a p n = o n q n Entonces a es un número irracional. ( 1 q n ), n. Aproximación rápida por racionales implica irracionalidad Encuentro Iberoamericano p. 4/2

15 Números irracionales Sea a un número real y {p n /q n } Q una sucesión tal que i) Para todo n N, q n a p n 0, ii) lim q n a p n = 0 a p n = o n q n Entonces a es un número irracional. El número e es irracional. ( 1 q n ), n. 0 e N n=0 1 n! e θ (N + 1)! < 3 (N + 1)! = 3 N N! Encuentro Iberoamericano p. 4/2

16 Números irracionales Sea a un número real y {p n /q n } Q una sucesión tal que i) Para todo n N, q n a p n 0, ii) lim q n a p n = 0 a p n = o n q n Entonces a es un número irracional. ( 1 q n ), n. El polinomio de Taylor no proporciona en general aproximaciones rápidas. π 6 = arcsen 1 2 = Encuentro Iberoamericano p. 4/2

17 Números irracionales Sea a un número real y {p n /q n } Q una sucesión tal que i) Para todo n N, q n a p n 0, ii) lim q n a p n = 0 a p n = o n q n Entonces a es un número irracional. ( 1 q n ), n. Cómo conseguir buenos aproximantes racionales? Encuentro Iberoamericano p. 4/2

18 Algoritmo euclídeo de división Utilizando el algoritmo euclídeo para encontrar el máximo común divisor de dos números enteros, se tiene = = = Encuentro Iberoamericano p. 5/2

19 Algoritmo euclídeo de división Utilizando el algoritmo euclídeo para encontrar el máximo común divisor de dos números enteros, se tiene = = = Por tanto, todo número racional p/q se puede representar como p q = a 0 + a a a n a n Encuentro Iberoamericano p. 5/2

20 Algoritmo euclídeo de división El proceso se puede repetir con cualquier número real: 2 = = = Encuentro Iberoamericano p. 5/2

21 Algoritmo euclídeo de división El proceso se puede repetir con cualquier número real: 2 = = = = = Encuentro Iberoamericano p. 5/2

22 Fracciones continuas Una fracción continua es una expresión del tipo a 0 + a 1 + b 1 a 2 + b 2 b 3 a 3 + donde a n, b n C. Se llama simple si para todo n N, a n N y b n = 1. Encuentro Iberoamericano p. 6/2

23 Fracciones continuas Los convergentes P n /Q n son las fracciones P n Q n = a 0 + a 1 + b 1 a 2 + b 2 b n 1 a n 1 + b n a n Si lim n P n/q n = L entonces se dice que la fracción continua es convergente y converge a L. Encuentro Iberoamericano p. 6/2

24 Fracciones continuas Una fracción continua es una expansión del número z C si z = a 0 + b 1 z 1, z 1 = a 1 + b 2 z 2,... z n = a n + b n+1 z n+1,... Encuentro Iberoamericano p. 6/2

25 Fracciones continuas Una fracción continua es una expansión del número z C si z = a 0 + b 1 z 1, z 1 = a 1 + b 2 z 2,... z n = a n + b n+1 z n+1,... Cuidado! una expansión puede no ser convergente o converger a un número distinto del que se obtuvo la expansión. Encuentro Iberoamericano p. 6/2

26 Fracciones continuas Una fracción continua es una expansión del número z C si z = a 0 + b 1 z 1, z 1 = a 1 + b 2 z 2,... z n = a n + b n+1 z n+1,... z + 1 z = a z = a 1 z = a 1 a 1 z = a a 1 1 a 1 a... Encuentro Iberoamericano p. 6/2

27 Fracciones continuas Una fracción continua es una expansión del número z C si z = a 0 + b 1 z 1, z 1 = a 1 + b 2 z 2,... z n = a n + b n+1 z n+1,... z + 1 z = a z = a 1 z = a 1 a 1 z = a a 1 1 a 1 a... 1 z = a ( 1 ) = a 1 z a 1 1 a 1 a... Encuentro Iberoamericano p. 6/2

28 Relación con series infinitas Para todo n 1 se cumplen las relaciones de recurrencia P n = a n P n 1 + b n P n 2 P 1 = 1, P 0 = a 0, Q n = a n Q n 1 + b n Q n 2 Q 1 = 0, Q 0 = 1. Encuentro Iberoamericano p. 7/2

29 Relación con series infinitas Para todo n 1 se cumplen las relaciones de recurrencia P n = a n P n 1 + b n P n 2 P 1 = 1, P 0 = a 0, Q n = a n Q n 1 + b n Q n 2 Q 1 = 0, Q 0 = 1. Los convergentes P n /Q n de la fracción continua resultan ser las sumas parciales de la serie a 0 + b 1 Q 1 b 1 b 2 Q 1 Q 2 + b 1 b 2 b 3 Q 2 Q 3 b 1 b 2 b 3 b 4 Q 3 Q 4 + Encuentro Iberoamericano p. 7/2

30 Relación con series infinitas a 0 + b 1 Q 1 b 1 b 2 Q 1 Q 2 + b 1 b 2 b 3 Q 2 Q 3 b 1 b 2 b 3 b 4 Q 3 Q 4 + Teorema. Supongamos que, para todo n N, a n y b n son números enteros tales que 1 b n a n. Entonces i) La fracción continua es convergente. ii) El límite es un número irracional. (El teorema es cierto si b n < 0 y 2 b n + 1 a n, n N). Encuentro Iberoamericano p. 7/2

31 Aproximantes óptimos Sea x R. Los convergentes de la expansión de x en fracción continua simple son fracciones irreducibles y cumplen x P n < 1 < 1. Q n Q n+1 Q n Q 2 n Encuentro Iberoamericano p. 8/2

32 Aproximantes óptimos Sea x R. Los convergentes de la expansión de x en fracción continua simple son fracciones irreducibles y cumplen x P n < 1 < 1. Q n Q n+1 Q n Q 2 n Además son óptimos en el sentido de que si A/B Q con B Q n, entonces x P n < x A B. Q n Encuentro Iberoamericano p. 8/2

33 Aproximantes óptimos Sea x R. Los convergentes de la expansión de x en fracción continua simple son fracciones irreducibles y cumplen x P n < 1 < 1. Q n Q n+1 Q n Q 2 n Convergentes de π: 3, 22 7, , , ,... 0 < π < , Encuentro Iberoamericano p. 8/2

34 Aproximantes óptimos Sea x R. Los convergentes de la expansión de x en fracción continua simple son fracciones irreducibles y cumplen x P n < 1 < 1. Q n Q n+1 Q n Q 2 n Calendarios Juliano y Gregoriano. 365 días 6 h. 365 días 5 h = días por año Encuentro Iberoamericano p. 8/2

35 Aproximantes óptimos Sea x R. Los convergentes de la expansión de x en fracción continua simple son fracciones irreducibles y cumplen x P n < 1 < 1. Q n Q n+1 Q n Q 2 n Calendarios Juliano y Gregoriano. 365 días 6 h. 365 días 5 h = días por año = un día cada 130 años. Encuentro Iberoamericano p. 8/2

36 De nuevo, números irracionales Euler probó en 1737 la irracionalidad de e mediante su expansión en fracción continua simple: e = Encuentro Iberoamericano p. 9/2

37 De nuevo, números irracionales Expansión en fracción continua simple del número π: π = Encuentro Iberoamericano p. 9/2

38 De nuevo, números irracionales En el año 1768 Lambert consiguió calcular una expansión de tan x en fracción continua tan x = sin x cosx = x x x x2 2 + x4 24 = x 1 x2 2 + x x2 6 + x4 120 Encuentro Iberoamericano p. 9/2

39 De nuevo, números irracionales tan x = sin x cosx = x x x x2 2 + x4 24 = x 1 x2 2 + x x2 6 + x4 120 = 1 x 2 x 3 x x2 6 + x4 120 = 1 x x 2 1 x x Encuentro Iberoamericano p. 9/2

40 De nuevo, números irracionales tan x = 1 3 x x 2 x 2 5 x2 7 Encuentro Iberoamericano p. 9/2

41 De nuevo, números irracionales Lambert (1768). Si x 0 es un número racional, entonces tanx es irracional. tan p q = 1 3 p/q p 2 /q 2 p 2 /q 2 5 p2 /q 2 7 = q 3q p p 2 5q p 2 p2 7q Encuentro Iberoamericano p. 9/2

42 De nuevo, números irracionales Lambert (1768). Si x 0 es un número racional, entonces tanx es irracional. tan p q = 1 3 p/q p 2 /q 2 p 2 /q 2 5 p2 /q 2 7 = q 3q p p 2 5q p 2 p2 7q ( π tan 4) = 1 π es irracional Encuentro Iberoamericano p. 9/2

43 De nuevo, números irracionales Lambert (1768). Si x 0 es un número racional, entonces tanx es irracional. tan p q = 1 3 p/q p 2 /q 2 p 2 /q 2 5 p2 /q 2 7 = q 3q p p 2 5q p 2 p2 7q Análogamente, tanh x verifica la misma propiedad y como expx = 1 + tanh(x/2) 1 tanh(x/2), también se cumple que expx es irracional si x 0 es racional. Encuentro Iberoamericano p. 10/2

44 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Encuentro Iberoamericano p. 11/2

45 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Aproximación muy rápida por racionales implica trascendencia Encuentro Iberoamericano p. 11/2

46 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Primeros ejemplos de números trascendentes: x = es trascendente ya que 1/10 n! n=1 x N n= n! = n=n n! < n=(n+1)! 1 10 n < 2 10 (N+1)! = 2 q N+1. Encuentro Iberoamericano p. 11/2

47 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Cuál es el menor exponente que se puede elegir en la fracción C(α)/q m de modo que el teorema de Liouville siga siendo cierto? Encuentro Iberoamericano p. 11/2

48 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Cuál es el menor exponente que se puede elegir en la fracción C(α)/q m de modo que el teorema de Liouville siga siendo cierto? Thue (1909): m/ ε, con ε arbitrario. Encuentro Iberoamericano p. 11/2

49 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Cuál es el menor exponente que se puede elegir en la fracción C(α)/q m de modo que el teorema de Liouville siga siendo cierto? Thue (1909): m/ ε, con ε arbitrario. Siegel (1921): 2 m. Encuentro Iberoamericano p. 11/2

50 Los trascendentes de Liouville Liouville (1844). Sea α un número algebraico de grado m 2. Entonces existe C(α) (0,1) tal que C(α) q m α p q para toda fracción p q. Cuál es el menor exponente que se puede elegir en la fracción C(α)/q m de modo que el teorema de Liouville siga siendo cierto? Thue (1909): m/ ε, con ε arbitrario. Siegel (1921): 2 m. Roth (1955): 2 + ε!, con ε arbitrario. Encuentro Iberoamericano p. 11/2

51 Los trascendentes de Liouville Aproximación por racionales algo más rápida de lo normal implica trascendencia Encuentro Iberoamericano p. 12/2

52 Los trascendentes de Liouville Aproximación por racionales algo más rápida de lo normal implica trascendencia El conjunto de números trascendentes que se pueden aproximar por racionales a velocidad 2 + ε tiene medida nula! Encuentro Iberoamericano p. 12/2

53 Cantor Cantor (1874). El conjunto A de números algebraicos tiene cardinal numerable. Encuentro Iberoamericano p. 13/2

54 Cantor Cantor (1874). El conjunto A de números algebraicos tiene cardinal numerable. Dada una sucesión cualquiera de números reales es posible construir un número real que no pertenece a la sucesión. En particular existen infinitos números trascendentes. Encuentro Iberoamericano p. 13/2

55 Cantor Cantor (1874). El conjunto A de números algebraicos tiene cardinal numerable. Dada una sucesión cualquiera de números reales es posible construir un número real que no pertenece a la sucesión. En particular existen infinitos números trascendentes. El conjunto R de números reales tiene cardinal no numerable. Encuentro Iberoamericano p. 13/2

56 Cantor Cantor (1874). El conjunto A de números algebraicos tiene cardinal numerable. Dada una sucesión cualquiera de números reales es posible construir un número real que no pertenece a la sucesión. En particular existen infinitos números trascendentes. El conjunto R de números reales tiene cardinal no numerable. Casi todos los números reales son trascendentes Encuentro Iberoamericano p. 13/2

57 Aproximación simultánea Sea a R. Supongamos que para todo m N y para cualesquiera números enteros c 0,c 1,...,c m existen m sucesiones de números racionales tales que { p (1) n /q n }, i) Para todo n N, c 0 q n + ii) { p (2) n /q n },..., m k=1 c k p (k) n 0, lim q n a k p (k) n n = 0, k = 1,2,...,m. Entonces a es un número trascendente. { p (m) n /q n } Encuentro Iberoamericano p. 14/2

58 Aproximación simultánea La idea es aproximar el número real a y sus potencias por sucesiones que tengan el mismo denominador. Este tipo de aproximación se llama simultánea. Encuentro Iberoamericano p. 14/2

59 Aproximación simultánea La idea es aproximar el número real a y sus potencias por sucesiones que tengan el mismo denominador. Este tipo de aproximación se llama simultánea. Aproximación simultánea rápida por números racionales implica trascendencia Encuentro Iberoamericano p. 14/2

60 Aproximación simultánea La idea es aproximar el número real a y sus potencias por sucesiones que tengan el mismo denominador. Este tipo de aproximación se llama simultánea. Aproximación simultánea rápida por números racionales implica trascendencia Cómo construir sucesiones de números racionales que aproximen simultáneamente las potencias de un número real? Encuentro Iberoamericano p. 14/2

61 Aproximantes de Padé Sea f función analítica en un entorno de z 0 C y P n el conjunto de polinomios de grado menor o igual que n. El polinomio de Taylor T n (f) de f en z 0 es el elemento de P n que tiene mayor orden de contacto con f en z 0. Encuentro Iberoamericano p. 15/2

62 Aproximantes de Padé Sea f función analítica en un entorno de z 0 C y P n el conjunto de polinomios de grado menor o igual que n. El polinomio de Taylor T n (f) de f en z 0 es el elemento de P n que tiene mayor orden de contacto con f en z 0. Sea R n = {P/Q : gr P,Q n} el conjunto de cocientes de polinomios de grado menor o igual que n. El aproximante de Padé diagonal Π n (f) de f en z 0 es el elemento de R n que tiene mayor orden de contacto con f en z 0. Encuentro Iberoamericano p. 15/2

63 Aproximantes de Padé El aproximante racional se construye buscando polinomios p n y q n tales que q n (z)f(z) p n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0 y entonces Π n (f) = p n /q n. Encuentro Iberoamericano p. 15/2

64 Aproximantes de Padé El aproximante racional se construye buscando polinomios p n y q n tales que q n (z)f(z) p n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0 y entonces Π n (f) = p n /q n. Por ejemplo, si z 0 = 0 entonces (b 0 + b 1 z + b 2 z b n z n )(f 0 + f 1 z + + f 2n z 2n +...) (a 0 + a 1 z + + a n z n ) = c 2n+1 z 2n , Encuentro Iberoamericano p. 15/2

65 Aproximantes de Padé El aproximante racional se construye buscando polinomios p n y q n tales que q n (z)f(z) p n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0 y entonces Π n (f) = p n /q n. Por ejemplo, si z 0 = 0 entonces (b 0 + b 1 z + b 2 z b n z n )(f 0 + f 1 z + + f 2n z 2n +...) (a 0 + a 1 z + + a n z n ) = c 2n+1 z 2n , Siempre existe solución no trivial y la fracción Π n (f) es única. Encuentro Iberoamericano p. 15/2

66 Aproximantes de Padé Es frecuente que la aproximación Padé se haga en z 0 = si f es analítica en un entorno de, por lo que tiene una expansión del tipo f(z) = n=0 a n z n+1. Encuentro Iberoamericano p. 16/2

67 Aproximantes de Padé Es frecuente que la aproximación Padé se haga en z 0 = si f es analítica en un entorno de, por lo que tiene una expansión del tipo f(z) = n=0 a n z n+1. Entonces los polinomios p n y q n se eligen de modo que q n (z)f(z) p n (z) = o ( ) 1 z n, z y Π n (f) = p n /q n es el aproximante de Padé diagonal de f en Encuentro Iberoamericano p. 16/2

68 Aproximantes de Padé Pueden construirse los aproximantes p n /q n+1 de modo que aproximen la función f en varios puntos a la vez: q n+1 (z)f(z) p n (z) = o((z z 0 ) n ), z z 0, q n+1 (z)f(z) p n (z) = o((z z 1 ) n ), z z 1. Encuentro Iberoamericano p. 16/2

69 Aproximantes de Padé Pueden construirse los aproximantes p n /q n+1 de modo que aproximen la función f en varios puntos a la vez: q n+1 (z)f(z) p n (z) = o((z z 0 ) n ), z z 0, q n+1 (z)f(z) p n (z) = o((z z 1 ) n ), z z 1. Entonces Π n (f) = p n /q n+1 es el aproximante de Padé multipuntual de f en z 0 y z 1. Encuentro Iberoamericano p. 16/2

70 Aproximantes de Padé O pueden construirse aproximantes p n /q 2n y t n /q 2n de modo que aproximen varias funciones f 1,f 2 simultáneamente: q 2n (z)f 1 (z) p n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0, q 2n (z)f 2 (z) t n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0. Encuentro Iberoamericano p. 17/2

71 Aproximantes de Padé O pueden construirse aproximantes p n /q 2n y t n /q 2n de modo que aproximen varias funciones f 1,f 2 simultáneamente: q 2n (z)f 1 (z) p n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0, q 2n (z)f 2 (z) t n (z) = o ( (z z 0 ) 2n), z z 0. { pn Entonces, t } n son los aproximantes Hermite-Padé de f 1 q 2n q 2n y f 2 respectivamente en z 0. Encuentro Iberoamericano p. 17/2

72 Hermite y la trascendencia de e Hermite (1873). Encuentra los aproximantes simultáneos de Padé a las potencias de la función exponencial en z 0 = 0. Sean los polinomios Q y P j, j = 1,...,m, tales que Q(z)e z P 1 (z) = o ( z mp+p 1), Q(z)e 2z P 2 (z) = o ( z mp+p 1), Q(z)e mz P m (z) = o ( z mp+p 1), donde gr Q mp, gr P j mp 1, j = 1,...,m.. Encuentro Iberoamericano p. 18/2

73 Hermite y la trascendencia de e Entonces Q(z) = λz mp+p T(x)e zx dx, P j (z) = λe j z z mp+p m con T(x) = x p 1 (x j) p. j=1 0 j T(x)e zx dx, Encuentro Iberoamericano p. 18/2

74 Hermite y la trascendencia de e Entonces Q(z) = λz mp+p P j (z) = λe j z z mp+p m con T(x) = x p 1 (x j) p. j=1 0 T(x)e zx dx, j T(x)e zx dx, Si se eligen z = 1, λ = 1/(p 1)! y p primo suficientemente grande, se obtienen sucesiones de números racionales que convergen con rapidez y simultáneamente a las sucesivas potencias de e. Encuentro Iberoamericano p. 18/2

75 Hermite y la trascendencia de e Entonces Q(z) = λz mp+p T(x)e zx dx, P j (z) = λe j z z mp+p m con T(x) = x p 1 (x j) p. j=1 0 j T(x)e zx dx, El número e es trascendente Encuentro Iberoamericano p. 18/2

76 Lindemann Lindemann (1882). Sean β 1,β 2,...,β m números algebraicos distintos. Entonces e β 1,eβ 2,...,eβ m son l. i. sobre A. Encuentro Iberoamericano p. 19/2

77 Lindemann Lindemann (1882). Sean β 1,β 2,...,β m números algebraicos distintos. Entonces e β 1,eβ 2,...,eβ m son l. i. sobre A. e πi + e 0 = 0 π es trascendente. Encuentro Iberoamericano p. 19/2

78 Lindemann Lindemann (1882). Sean β 1,β 2,...,β m números algebraicos distintos. Entonces e β 1,eβ 2,...,eβ m son l. i. sobre A. e πi + e 0 = 0 π es trascendente. Si β 0 y a son algebraicos, e β + a 0 e β es trascendente. Encuentro Iberoamericano p. 19/2

79 Lindemann Lindemann (1882). Sean β 1,β 2,...,β m números algebraicos distintos. Entonces e β 1,eβ 2,...,eβ m son l. i. sobre A. e πi + e 0 = 0 π es trascendente. Si β 0 y a son algebraicos, e β + a 0 e β es trascendente. Si β 0 es algebraico sen β, senh β,... son trascendentes. Encuentro Iberoamericano p. 19/2

80 Lindemann Lindemann (1882). Sean β 1,β 2,...,β m números algebraicos distintos. Entonces e β 1,eβ 2,...,eβ m son l. i. sobre A. e πi + e 0 = 0 π es trascendente. Si β 0 y a son algebraicos, e β + a 0 e β es trascendente. Si β 0 es algebraico sen β, senh β,... son trascendentes. Funciones trascendentes suelen tomar valores trascendentes en argumentos algebraicos no especiales Encuentro Iberoamericano p. 19/2

81 Trascendencia en el siglo XX En 1900 Hilbert plantea veintitrés problemas, el séptimo dice: Sea α un número algebraico distinto de 0 y 1. Sea β un número algebraico irracional. Demostrar que α β es trascendente. Encuentro Iberoamericano p. 20/2

82 Trascendencia en el siglo XX En 1900 Hilbert plantea veintitrés problemas, el séptimo dice: Sea α un número algebraico distinto de 0 y 1. Sea β un número algebraico irracional. Demostrar que α β es trascendente. Gelfond (1934) y Schneider (1935). Resuelven el séptimo problema de Hilbert. En particular, e π es trascendente. Encuentro Iberoamericano p. 20/2

83 Trascendencia en el siglo XX En 1900 Hilbert plantea veintitrés problemas, el séptimo dice: Sea α un número algebraico distinto de 0 y 1. Sea β un número algebraico irracional. Demostrar que α β es trascendente. Gelfond (1934) y Schneider (1935). Resuelven el séptimo problema de Hilbert. En particular, e π es trascendente. e π = i 2i Encuentro Iberoamericano p. 20/2

84 Trascendencia en el siglo XX Baker (1966). Sean α 1,α 2,...,α m números algebraicos distintos de 0 y 1. Sean 1,β 1,β 2,...,β m números algebraicos l. i. sobre Q. Entonces α β 1 1 αβ 2 2 α β m m es trascendente. Encuentro Iberoamericano p. 20/2

85 Trascendencia en el siglo XX Baker (1966). Sean α 1,α 2,...,α m números algebraicos distintos de 0 y 1. Sean 1,β 1,β 2,...,β m números algebraicos l. i. sobre Q. Entonces α β 1 1 αβ 2 2 α β m m es trascendente. No se sabe si π π, e e ó π e son trascendentes. Tampoco se sabe si πe ó π + e son trascendentes aunque sí se sabe que al menos uno de ellos lo es. Encuentro Iberoamericano p. 20/2

86 Trascendencia en el siglo XX Baker (1966). Sean α 1,α 2,...,α m números algebraicos distintos de 0 y 1. Sean 1,β 1,β 2,...,β m números algebraicos l. i. sobre Q. Entonces α β 1 1 αβ 2 2 α β m m es trascendente. No se sabe si π π, e e ó π e son trascendentes. Tampoco se sabe si πe ó π + e son trascendentes aunque sí se sabe que al menos uno de ellos lo es. No se sabe si π y e son algebraicamente independientes sobre Q, es decir, si existe un polinomio P Q[x,y] tal que P(π,e) = 0. Encuentro Iberoamericano p. 20/2

87 Bibliografía Abstract Algebra and Famous Impossibilities, A. Jones, S. A. Morris y K. R. Pearson, Springer-Verlag, New York Encuentro Iberoamericano p. 21/2

88 Bibliografía Abstract Algebra and Famous Impossibilities, A. Jones, S. A. Morris y K. R. Pearson, Springer-Verlag, New York Making Transcendence Transparent: an Intuitive Approach to Classical Transcendental Number Theory, E. B. Burger y R. Tubbs, Springer-Verlag, New York Encuentro Iberoamericano p. 21/2

89 Bibliografía Abstract Algebra and Famous Impossibilities, A. Jones, S. A. Morris y K. R. Pearson, Springer-Verlag, New York Making Transcendence Transparent: an Intuitive Approach to Classical Transcendental Number Theory, E. B. Burger y R. Tubbs, Springer-Verlag, New York Galois Theory, I. Stewart, Chapman and Hall, Londres Encuentro Iberoamericano p. 21/2

90 Bibliografía Abstract Algebra and Famous Impossibilities, A. Jones, S. A. Morris y K. R. Pearson, Springer-Verlag, New York Making Transcendence Transparent: an Intuitive Approach to Classical Transcendental Number Theory, E. B. Burger y R. Tubbs, Springer-Verlag, New York Galois Theory, I. Stewart, Chapman and Hall, Londres Rational Approximation and Orthogonality, E. M. Nikishin y V. N. Sorokin, AMS, Providence, Rhode Island Encuentro Iberoamericano p. 21/2

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