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。
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。
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。