林德曼-魏尔斯特拉斯定理
数学术语
林德曼-魏尔斯特拉斯定理(Lindemann–Weierstrass theorem)是一个可以用于证明实数的超越性的定理。它表明,如果 α1,...,αn 是代数数,在有理数 ℚ 内是线性独立的,那么在 ℚ 内是代数独立的;也就是说,扩张域在 ℚ 内具有超越次数 n。
定理定义
如果 α1,...,αn 是代数数,在有理数 ℚ 内是线性独立的,那么在 ℚ 内是代数独立的;也就是说,扩张域在 ℚ 内具有超越次数 n。
一个等价的表述是:如果 α1,...,αn 是不同的代数数,那么指数  在代数数范围内是线性独立的。
定理推广
e和π的超越性
e和π的超越性是这个定理的直接推论。
假设α是一个非零的代数数,那么{α}在有理数范围内是线性独立的集合,因此根据定理的第一种表述,{e}是一个代数独立的集合,也就是说,e是超越数。特别地,e = e是超越数。
另外,利用定理的第二种表述,我们可以证明,如果α是一个非零的代数数,那么{0, α}就是不同的代数数的集合,因此集合在代数数范围内是线性独立的,特别地,e不能是代数数,因此一定是超越数。
我们来证明π是超越数。如果π是代数数,2πi也是代数数(因为2i是代数数),那么根据林德曼-魏尔斯特拉斯定理, eπi = -1(参见欧拉公式)也是超越数,这与 -1 是代数数的事实矛盾。
把这个证明稍微改变以下,可以证明如果α是一个非零的代数数,那么sin(α)、cos(α)、tan(α)和它们的双曲函数也是超越数。
p进数猜想
p进数林德曼-魏尔斯特拉斯猜想,就是这个定理在p进数中也成立:假设p是素数,α1,...,αn是p进数,它们都是代数数,且在Q内线性独立,使得对于所有的i,都有。那么p进指数在Q内是代数独立的。
参考资料
最新修订时间:2023-02-09 16:16
目录
概述
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