NexTutor
Wirtualne laboratorium/Matematyka/Teoria liczb/Niewymierność √2 — dowód nie wprost
Wielkie odkrycie 500 p.n.e. — Hippasos

Niewymierność √2 — dowód nie wprost

Rozszerzenie tematu liczb niewymiernych i dowodu nie wprost. Zakładając √2 = p/q (nieskracalny), dostajemy 2q²=p² → p parzyste → q parzyste → sprzeczność (miał być nieskracalny). Więc √2 jest niewymierny. Odkrycie to (przypisywane Hippasosowi, ok. 500 r. p.n.e.) było wstrząsem dla pitagorejczyków wierzących, że „wszystko jest liczbą wymierną".

Matematyka · Teoria liczb · Niewymierność √2 — dowód nie wprost (ok. 500 p.n.e.)
Krok dowodu nie wprost   2=pq\;\sqrt2=\tfrac{p}{q}1 / 5
Czy 2\sqrt2 da się zapisać jako ułamek zwykły p/qp/q (liczb całkowitych)?
krok dowodu
1 / 5
√2 (przekątna 1×1)
1,414214…
schemat
nie wprost
wynik

Co się właśnie stało?

2\sqrt2 to długość przekątnej kwadratu o boku 1 (twierdzenie Pitagorasa: 12+12=21^2+1^2=2) — konkretna, mierzalna długość. A jednak nie da się jej zapisać dokładnym ułamkiem p/qp/q. Udowadniamy to nie wprost: zakładamy, że się da, i dochodzimy do sprzeczności.

Dowód przez sprzeczność, krok po kroku:

Załóżmy przeciwnie — że 2\sqrt2 jest wymierna, więc da się zapisać jako ułamek nieskracalny (bez wspólnych dzielników):

2=pq,NWD(p,q)=1\sqrt2=\dfrac{p}{q},\qquad \mathrm{NWD}(p,q)=1

Podnosimy do kwadratu i mnożymy przez q2q^2:

2=p2q2    2q2=p22=\dfrac{p^2}{q^2}\;\Rightarrow\;2q^2=p^2

Skoro p2=2q2p^2=2q^2, to p2p^2 jest parzyste — a kwadrat liczby nieparzystej jest nieparzysty, więc pp jest parzyste: p=2kp=2k. Wstawiamy to z powrotem:

2q2=(2k)2=4k2    q2=2k22q^2=(2k)^2=4k^2\;\Rightarrow\;q^2=2k^2

Teraz q2q^2 jest parzyste, więc qq też jest parzyste. Ale wtedy pp i qqoba parzyste — mają wspólny dzielnik 2 — co przeczy założeniu, że ułamek był nieskracalny.

(2p)(2q)    NWD(p,q)2    — sprzecznosˊcˊ!\big(2\mid p\big)\wedge\big(2\mid q\big)\;\Rightarrow\;\mathrm{NWD}(p,q)\ge 2\;\;\text{— sprzeczność!}

Sprzeczność oznacza, że założenie było fałszywe. Zatem 2\sqrt2 nie jest żadnym ułamkiem p/qp/q — jest liczbą niewymierną.

Dlaczego to był wstrząs?

Odkrycia dokonali starożytni pitagorejczycy (ok. 500 r. p.n.e., przypisuje się je Hippasosowi z Metapontu). Wierzyli, że „wszystko jest liczbą" — czyli ułamkiem — więc istnienie długości, której nie sposób zapisać ułamkiem, zburzyło ich światopogląd. Legenda głosi, że Hippasos ujawnił ten sekret i został za to ukarany. To odkrycie zmusiło matematyków do rozszerzenia pojęcia liczby o liczby niewymierne (jak 2, π, e\sqrt2,\ \pi,\ e) i zbudowania solidnych podstaw analizy.

Po co Ci to na maturze:

Dowód niewymierności 2\sqrt2 to klasyczny przykład dowodu nie wprost: zakładasz zaprzeczenie tezy i wyprowadzasz sprzeczność, co dowodzi tezy. Dowody nie wprost to obowiązkowy element matury rozszerzonej — ten schemat (założenie → wyprowadzenie → sprzeczność) przenosi się na wiele innych zadań.

Zapamiętaj: 2=pq2q2=p2\sqrt2=\dfrac{p}{q}\Rightarrow 2q^2=p^2 zmusza pp i qq do parzystości — sprzeczność z nieskracalnością. Dlatego 2\sqrt2 jest niewymierna, a metoda „nie wprost" to jedno z najpotężniejszych narzędzi dowodowych.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Czy √2 da się zapisać jako ułamek p/q?

Nie — √2 jest liczbą niewymierną, co dowodzi się przez sprowadzenie do sprzeczności (dowód nie wprost).

Na czym polega dowód nie wprost?

Zakładamy przeciwieństwo tezy i pokazujemy, że prowadzi do sprzeczności — co dowodzi tezy.

Czym jest √2 geometrycznie?

Długością przekątnej kwadratu o boku 1 (z twierdzenia Pitagorasa: 1²+1²=2).