Search Suggest

Cách chứng minh 'số e là một số vô tỉ' của Joseph Fourier

Số e được Jacob Bernoulli giới thiệu vào năm 1683. Hơn nửa thế kỷ sau, nhà toán học lừng danh Leonhard Euler, đã chứng minh được e là số vô tỉ. Sau đó còn nhiều nhà toán học đưa ra những chứng minh khác, trong đó có nhà toán học Joseph Fourier.

Bài viết này sẽ giới thiệu chứng minh "e là một số vô tỉ" của Fourier.

Nhắc lại: Số e là gì?

Ta đã biết $$e = \lim _{n \to \infty }\left ( 1+\frac{1}{n} \right )^{n} \approx 2.718281828459.$$
Ngoài ra, dạng khai triển Euler của số $e$ là: $$e= \sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n!}} \ \ (*)$$
Xem thêm các đẳng thức liên quan đến số e.

Chứng minh e là số vô tỉ


Giả sử rằng $e$ là số hữu tỉ. Khi đó tồn tại các số nguyên dương $a$ và $b$ sao cho $e = \frac{a}{b}.$
Đặt $$x=b!{\biggl (}e-\sum _{n=0}^{b}{\frac {1}{n!}}{\biggr )} \ \ (**)$$
Thay $e = \frac{a}{b} \ \ $ vào biểu thức trên ta được:
$$x=b!\,{\biggl (}{\frac {a}{b}}-\sum _{n=0}^{b}{\frac {1}{n!}}{\biggr )}=a(b-1)!-\sum _{n=0}^{b}{\frac {b!}{n!}}$$
Số hạng đầu tiên là số nguyên, các số hạng tiếp theo nguyên bởi vì $n ≤ b$, vậy nên $x$ là số nguyên.

Mặt khác, nếu thay $e$ ở (*) vào (**) ta được:
$$x=\sum _{n=b+1}^{\infty }{\frac {b!}{n!}} > 0.$$
Với mọi $n > b + 1$ ta luôn có: $\frac{b!}{n!} < \ {\frac {1}{(b+1)^{n-b}}}. \\ $ Do đó, sử dụng công thức tính tổng của cấp số nhân lùi vô hạn ta được:
$$x=\sum _{n=b+1}^{\infty }{\frac {b!}{n!}} < \sum _{k=1}^{\infty }{\frac {1}{(b+1)^{k}}}={\frac {1}{b+1}}{\biggl (}{\frac {1}{1-{\frac {1}{b+1}}}}{\biggr )}={\frac {1}{b}} \leq 1.$$ Như vậy $0 < x < 1$. Điều này mâu thuẩn với $x$ là số nguyên. Mâu thuẩn này dẫn đến $e$ không thể là số hữu tỉ. Vậy $e$ là một số vô tỉ.

Người đăng: Sơn Phan.

Xem thêm: Chứng minh Pi là số vô tỉ / Chứng minh căn 2 là số vô tỉ.


إرسال تعليق