前一节中提到,《什么是数学》一书中还有个习题要求证明 不是有理数。可以看到习题中的几个数有个共性:根号下的部分都是质数(素数),而且习题中也提示了可以用关于质数的一个引理来进行证明。这个引理就是:如果一个质数p整除ab,那么质数p至少可以整除ab中一者,其中 ab都是整数。我在这里就不重述书中关于这个引理的证明了,其实书中对此引理用不同的方法分别证明过两次,感兴趣的话可以看看。

在以上的关于质数的这个引理中,令a = b,可知如果p整除 ,则p一定可整除a。也不难证明,如果p整除p也一定可以整除a

我就用质数的这个性质来证明一下 不是有理数。类似于对 不是有理数的证明,我们可以用反证法,如果是有理数,可以假设有如下等式成立:

(已不可再约分,也就是pq是互质整数,q≠0) (1)

等式两边分别立方后再乘以 ,可得:

(2)

由于等式的左右两边都是整数,而2是质数,结合由前述的质数的性质可知,p可被2整除。设p = 2r,代入等式(2),可得:

,即 (3)

同样,等式左右两边都是整数,也就可得q可被2整除。这样一来,pq就有了一个公因子2,与之前的pq互质的假设不符,所以不可能是有理数。证毕。

用类似的方法,可以对其它的几个数进行一一证明,不过,我在下一节中会将这个问题一般化,提供一个一般化的证明。

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