Rozszerzenie tematu liczb rzeczywistych i wielomianów. Liczby algebraiczne są pierwiastkami wielomianów o współczynnikach wymiernych (np. √2 → x²−2=0), a przestępne (jak π, e) nie są pierwiastkiem żadnego takiego wielomianu. Przestępność e udowodnił Hermite (1873), a π — Lindemann (1882). Przestępnych jest „nieporównanie więcej" niż algebraicznych.
Co się właśnie stało?
Liczby rzeczywiste dzielą się na dwie klasy. Liczba algebraiczna to taka, która jest pierwiastkiem pewnego niezerowego wielomianu o współczynnikach wymiernych (całkowitych). Należą do niej wszystkie liczby wymierne — np. jest pierwiastkiem równania — oraz część liczb niewymiernych, jak , czy złota liczba . Liczba przestępna to taka, która NIE jest pierwiastkiem żadnego takiego wielomianu — „przekracza” algebrę, stąd nazwa.
√2 jest algebraiczna — jest pierwiastkiem wielomianu wymiernego:
Choć jest niewymierna, „domyka się” równaniem — dlatego zalicza się do liczb algebraicznych. Podobnie spełnia .
π i e są przestępne — żaden wielomian wymierny ich nie trafia:
Udowodnienie, że konkretna liczba jest przestępna, jest bardzo trudne. Charles Hermite jako pierwszy wykazał przestępność liczby (1873 r.), a Ferdinand von Lindemann przestępność (1882 r.) — co przy okazji rozstrzygnęło starożytny problem kwadratury koła: jest niemożliwa cyrklem i linijką właśnie dlatego, że jest przestępna.
Zaskakująca proporcja:
Georg Cantor pokazał, że liczb algebraicznych jest tylko przeliczalnie wiele (moc ), a liczb rzeczywistych — nieprzeliczalnie (moc continuum ). Skoro algebraicznych jest „mało”, a rzeczywistych „nieporównanie więcej”, to prawie każda liczba rzeczywista jest przestępna — choć konkretnych przykładów znamy zaskakująco niewiele.
Po co Ci to na maturze:
Rozróżnienie liczb wymiernych, niewymiernych algebraicznych i przestępnych porządkuje świat liczb rzeczywistych i wraca w zadaniach o dowodach niewymierności, o pierwiastkach wielomianów oraz o tym, czego nie da się skonstruować cyrklem i linijką (jak kwadratura koła).
Zapamiętaj: liczba jest algebraiczna, gdy jest pierwiastkiem jakiegoś wielomianu o współczynnikach wymiernych (jak dla ), a przestępna, gdy nie jest pierwiastkiem żadnego (jak i ). Przestępnych jest nieporównanie więcej.
Nie — π jest liczbą przestępną, „wymyka się" całej algebrze.
Algebraiczna jest pierwiastkiem wielomianu o współczynnikach wymiernych (np. √2); przestępna — żadnego takiego.
Przestępnych — algebraiczne są przeliczalne, a przestępne nieprzeliczalne (prawie każda liczba jest przestępna).
Powiązane eksperymenty