网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

证明圆周率π是无理数很难?数学家只需要一页纸!

0
分享至

上一回我们为大家介绍了历史上第一个证明圆周率是无理数的方法,那是数学家兰伯特使用的类似于连分数的方法。不过,由于这个证明方法过程比较冗长,在上次的文章中,我们跳过了许多关键步骤,给小朋友的感觉是:这个证明类似于把大象放进冰箱里。

这一回,我们再为大家介绍一下历史上最简洁的证明方法,那是1947年,数学家伊万.尼云所给出的方法。这个证明在发表时,占用的篇幅不到一页纸。

他的论文如下:

数学家们惜字如金,这篇论文对于普通的同学来讲还是有一点困难。不过,理论上只要具有高二以上数学水平,学了微积分,就能够理解这个证明。下面我就把这篇论文翻译一下,一旦看懂了,你一定会赞叹数学是如此美丽,就好像上一次我们讲尺规作图那样。

构造一个函数f(x)

假设圆周率π是一个有理数,则π一定能写成两个互质的整数p、q的比:

构造函数f(x)

大家看,这个函数分母是阶乘形式,如果用二项式定理将分子展开,一定能写成下面的多项式求和的形式:

也就是每一项的分子都是一个整系数的幂函数形式,而且这个幂次在n与2n之间。

对构造函数求导数

下面我们要对f(x)求导数,为此我们首先复习一下幂函数的求导法则,根据

我们可以得出:如果对幂函数求k次导数,有如下三种可能:

于是,对于函数f(x)的每一项,k次求导后的结果

大家看:对于第一类项,这一项是0,是一个整数。对于第二类项,由于m在n与2n之间,m!除以n!是个整数,因此这一类项也是整数。对于第三类项,如果取x=0, 则该项也会等于整数0.

综上所述,f(x)的k阶导数的每一项在x=0时都是整数,f(x)的k阶导数在x=0时是个整数。

函数f(x)是对称的

我们再回到最初构造的函数,将变形

通过这个变换,我们显而易见的发现这是一个对称的函数

我们对这个函数两边求k次导数

令x=π得到

即f(x)的k阶导数在x=π处也取整数。

再构造一个函数F(x)

再构造一个函数

对这个函数求2次导数,得到

大家是否发现了:F(x)与F(x)许多项都是等大反号的,于是让它们相加,得到:

大家注意:f(x)是一个多项式的形式,最高只有x的2n次幂,所以对它求2n+2次导数,自然等于0,于是

求函数f(x)sin(x)的原函数

下面我们要求f(x)sin(x)的原函数,为了让这个过程看起来容易一些,我们直接给出原函数F(x)sin(x)-F(x)cos(x),并进行证明:

做一个定积分

我们求出了f(x)sin(x)的原函数,我们对这个函数在0到π之间进行积分。

由于f(x)的任意阶导数在0和π处都是整数(第二大点),而F(x)是它的线性组合(第四大点),所以F(0)和F(π)也是整数,因此A是一个整数。

对定积分放缩

根据我们构造函数的特点:

我们会发现:在0<x<π时,f(x)>0,同时sin(x)>0,因此f(x)sin(x)>0,所以

我们再对构造函数进行放缩,在0<x<π

因此

当n充分大的时候,上式右侧小于1,于是有A<1。综上,0<A<1

反证法

假设π是个有理数,我们得到了(七)中A是一个整数,(八)中A在0到1之间。可是,0到1之间没有整数,发生矛盾,因此π不是有理数,π是无理数。

一个看似简单的问题,却需要如此奇妙的方法进行证明,数学真是神奇。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
8岁知名童星猝世!流感引起,生前第5天还在工作,给所有人提了醒

8岁知名童星猝世!流感引起,生前第5天还在工作,给所有人提了醒

孤城落日
2026-09-30 14:42:57
这6样东西赶紧扔!全是“害人精”,很多人家里还在用

这6样东西赶紧扔!全是“害人精”,很多人家里还在用

家居设计师苏哥
2026-09-29 13:02:36
“我攒的万岁山龙形银票为啥作废了?”游客质疑:没标注使用期,如此处理不妥;景区:以后加强告知

“我攒的万岁山龙形银票为啥作废了?”游客质疑:没标注使用期,如此处理不妥;景区:以后加强告知

大风新闻
2026-09-29 15:40:29
芯片级造假!花8000元买三星8TB旗舰SSD:到手竟是128GB杂牌货

芯片级造假!花8000元买三星8TB旗舰SSD:到手竟是128GB杂牌货

快科技
2026-09-29 14:52:06
筹划重大资产重组一年半,长假前夜宣布终止,300449:假期后携标的公司代表举行说明会

筹划重大资产重组一年半,长假前夜宣布终止,300449:假期后携标的公司代表举行说明会

每日经济新闻
2026-09-30 22:04:04
重大信号!俄罗斯,下死手了!

重大信号!俄罗斯,下死手了!

大嘴说天下
2026-09-30 22:15:04
河北富商相亲发现小23岁对象酷似亡妻,DNA检测后傻眼:怎么可能

河北富商相亲发现小23岁对象酷似亡妻,DNA检测后傻眼:怎么可能

罪案洞察者
2025-07-09 11:51:52
金鹰奖这夜,得罪郭德纲的朱亚文,终于扬眉吐气口碑暴涨

金鹰奖这夜,得罪郭德纲的朱亚文,终于扬眉吐气口碑暴涨

吃青菜长高
2026-09-30 15:07:43
全国每日外卖单量跌没了0.9个亿,网友说:送外卖的人快比点外卖的人多了!

全国每日外卖单量跌没了0.9个亿,网友说:送外卖的人快比点外卖的人多了!

黯泉
2026-09-30 15:20:53
中国香港运动员遭日本运动员冲撞,多次摔倒,亚运会壁球比赛一度暂停,日本队被批“输球再输人品”

中国香港运动员遭日本运动员冲撞,多次摔倒,亚运会壁球比赛一度暂停,日本队被批“输球再输人品”

大风新闻
2026-09-30 22:09:03
中国人民银行将开展12000亿元买断式逆回购操作

中国人民银行将开展12000亿元买断式逆回购操作

界面新闻
2026-09-30 17:04:16
沃齐尼亚跌落神坛?

沃齐尼亚跌落神坛?

五星体育
2026-09-30 09:35:56
17岁亚运冠军说“大不了回家啃老”,父母背景曝光后,这老我也啃

17岁亚运冠军说“大不了回家啃老”,父母背景曝光后,这老我也啃

阿甘天天传
2026-09-30 13:04:14
木塔力甫:第二个丢球和我关系很大;感谢安东教练信任我

木塔力甫:第二个丢球和我关系很大;感谢安东教练信任我

懂球帝
2026-09-30 20:59:05
胖东来只是按标准盖楼,却让整个土木人破防,甚至火到国外

胖东来只是按标准盖楼,却让整个土木人破防,甚至火到国外

社会日日鲜
2026-09-29 06:39:59
20名“双一流”大学生、研究生"翻墙"被处分 ,网传被举报:“一个姐们差一名保研,拿翻墙这事把前面所有人全举报了”

20名“双一流”大学生、研究生"翻墙"被处分 ,网传被举报:“一个姐们差一名保研,拿翻墙这事把前面所有人全举报了”

双一流高校
2026-09-28 00:09:38
出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

汉史趣闻
2026-09-01 17:55:01
三家新能源车企纷纷倒下,这不是价格战,是蓄谋已久的资本大逃杀

三家新能源车企纷纷倒下,这不是价格战,是蓄谋已久的资本大逃杀

流苏晚晴
2026-09-01 18:39:03
整个东亚正在上演一出大戏:去中国化最狠的国家,都开始后悔了

整个东亚正在上演一出大戏:去中国化最狠的国家,都开始后悔了

最美的开始
2026-09-30 02:04:39
张维伊阿那亚独自带娃逛超市,继父力满满!小酒窝全程黏人笑不停

张维伊阿那亚独自带娃逛超市,继父力满满!小酒窝全程黏人笑不停

阿废冷眼观察所
2026-10-01 04:01:49
2026-10-01 08:24:49
李永乐老师 incentive-icons
李永乐老师
一个爱科普的豆比中学老师
176文章数 6599关注度
往期回顾 全部

教育要闻

8个本科专业就业率跌破60%!不是毕业即失业,是选错直接白读?

头条要闻

迪拜客机事件被指是"未遂恐袭" 大选前以色列如临大敌

头条要闻

迪拜客机事件被指是"未遂恐袭" 大选前以色列如临大敌

体育要闻

30天30队·火箭:乌度卡的控制欲

娱乐要闻

胡歌现身游本昌遗体告别仪式

财经要闻

“杭州六小龙”迎来价值重估

科技要闻

OpenAI凌晨大上新!新助手dots迎战Muse

汽车要闻

燃油车的最佳平替 长城大狗HEV简单好开更经济

态度原创

数码
时尚
艺术
游戏
教育

数码要闻

罗技推出Zone Vibe Pro头戴式耳机 支持自适应降噪与蓝牙6.0 电池和头梁均可更换

从理性到反叛,看米兰时装周风格流转

艺术要闻

不服来辩!这些山水画,才是中国画的真正巅峰!

《星球大战绝地:幸存者》续作或近期公布 2027年推出

教育要闻

河南孩子学习好助手——电信天翼智屏

无障碍浏览 进入关怀版