相対性理論を学びたい人のために

まだ一度も相対性理論を勉強したことのない人は、何か一冊相対性理論の本を読みかじってみて、なぜこんなことが?という、疑問を持ってからこのブログに来てください。ブログの先頭に戻るには表題のロゴをクリックしてください

『数学』というゲーム(その5)

 現在2019年7月26日18時38分である。

私「麻友さん。少し、ブログの書き方を、変更しよう」

麻友「『1から始める数学』という新しいブログで、成功したからね」

私「そうなんだ。今まで3年半以上、私の言葉は、地の文。麻友さんの言葉は、「・・・」と、してきた。だけど、あのブログで試験的に、『私「・・・」』というのを、つかってみたら、そんなに大変じゃなかったんだ」

麻友「なんでも、やってみるものね。いつもの『数Ⅲ方式ガロアの理論』には、そういうフレーズは、ないの?」

私「あるんだなあ。111ページに、

『広田 馬には乗ってみよ,人には添うてみよ.方程式には解いてみよ───と,いう』

とあるんだ」

麻友「完璧に、頭に入ってるのね。でも、どこのページかまでは、インプットされてなかったみたい」

私「コンピューターじゃあるまいに」

麻友「それで、{\pi} の超越性の証明?」

私「とにかく、{\TeX} 化しておいた方が、今後も使えて、一石二鳥なんだ」

麻友「ああ、そういうことなのね。だったら、つき合うわ」


6.2 定理 実数 {\pi}無理数である.

 証明

 次の積分を考えよう.

{\displaystyle I_n=\int^{+1}_{-1}(1-x^2)^n \cos \alpha x dx .}

部分積分により {n \geq 2} に対し

{\alpha^2 I_n =2n(2n-1) I_{n-1} -4n(n-1) I_{n-2} ~~~~~~~(1)}

{n} に関する帰納法により

{\alpha^{2n+1} I_n=n!(P \sin \alpha + Q \cos \alpha ) ~~~~~~~~~~~~(2)}

ここで,{P}{Q} は次数が {2n} 以下の整数を係数とする {\alpha}多項式である.{n!} の項は,等式 {(1)}{2n(2n-1)} なる因子から生じたものである.

さて矛盾を導くために,{\pi}有理数つまり {\pi=a/b (a,b \in \mathbb{Z},b \neq 0)} と仮定する.{(2)} で {\alpha=\pi /2 } とおくと

{J_n=\alpha^{2n+1} I_n/ n!}

は整数である.さて,

{\displaystyle J_n=\frac{\alpha^{2n+1}}{n!} \int^{+1}_{-1}(1-x^2)^n \cos \frac{\pi}{2} x dx}

被積分関数{-1 < x < 1 } で正だから {J_n>0} である.したがってすべての {n} に対して {J_n \neq 0} である.ところが

{\displaystyle |J_n| \leq \frac{|\alpha|^{2n+1}}{n!} \int^{+1}_{-1} \cos \frac{\pi}{2} x dx \leq C |\alpha|^{2n+1}/n!}

{C} は定数である.したがって {n \rightarrow \infty } のとき {J_n \rightarrow 0} である.これは補題6.1に矛盾するから,{\pi}有理数であるという仮定は誤りである.

                        証明終わり


麻友「わーっ、数学の本当の証明って、こんなすさまじい、数式の連続で、行われるのね」

私「高校時代の私は、この証明が分かる程度には、訓練されていた」

麻友「出だしから、『次の積分を考えよう』で、始まるのね』

私「このひとつの証明を取っても、『微分積分入門』の連載、読む動機付けになるだろう」

麻友「『微分積分入門』の本だけで、この証明、全部分かるように、なる?」

私「{\pi} の無理性だけでなく、{\pi^2} の無理性、{e} の超越性、までは、完全に射程内に入る。そして、『数Ⅲ方式ガロアの理論』を読んで行けば、合わせ技一本で、{\pi} の超越性も、分かる。1990年6月21日の18歳の私に追いつく」

麻友「太郎さんに追いつくなんて有り得ないけど、とにかく、数学というものが、本当に、見事に組み合わさってるのだというのだけ、感じたわ」

私「それで、十分だよ。今日は、ここまでにしよう」


麻友「朝ドラ、見てくれてるわね」

私「神地航也君が、宮﨑駿を、モデルにしてて、三村茜ちゃんが、大田朱美(おおた あけみ)さんを、モデルにしてるのかな? なつ達とは違って、地味ーに、結婚するんだろうけど、麻友さん、そういう結婚式やりたがってたから、良かったじゃん」

麻友「私が、言ってるのは、本当の結婚式のことよ」

私「分かってるって。今日は、ブログを、書いてる最中に、間違って投稿しちゃったので、断片だけ、表示されていただろうけど、これで、完成である」

麻友「じゃあ、おやすみ」

私「おやすみ」

 現在2019年7月26日20時24分である。おしまい。