กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 6 นาที

ค่าคงที่ของเจลฟอนด์

ในทางคณิตศาสตร์เลขชี้กำลังของ pi e π หรือเรียกอีกอย่างว่าค่าคงที่ของ Gelfond คือจำนวนจริงeยกกำลังπ (นั่น คือค่าของฟังก์ชันเลขชี้กำลังที่π )

ค่าคงที่ของเจลฟอนด์

ในทางคณิตศาสตร์เลขชี้กำลังของ pi e π [ 1 ]หรือเรียกอีกอย่างว่าค่าคงที่ของ Gelfond [ 2 ]คือจำนวนจริงeยกกำลังπ (นั่น คือค่าของฟังก์ชันเลขชี้กำลังที่π )

การขยายทศนิยมของมันมีดังนี้

e π =23.140 692 632 779 269 005 72 ... (ลำดับA039661ในOEIS )

เช่นเดียวกับeและπค่าคงที่นี้เป็นทั้งจำนวนอตรรกยะและจำนวนอดิศัยซึ่งเป็นผลมาจากทฤษฎีบท Gelfond–Schneiderที่ระบุว่าa bเป็นจำนวนอดิศัยก็ต่อเมื่อaเป็นจำนวนพีชคณิตและไม่เท่ากับศูนย์หรือหนึ่งและbเป็นจำนวนพีชคณิตแต่ไม่ใช่จำนวนตรรกยะเรามี อีπ=(อีฉันπ)ฉัน=(1)ฉัน,{\displaystyle e^{\pi }=(e^{i\pi })^{-i}=(-1)^{-i},} โดยที่iคือหน่วยจินตนาการเนื่องจากiเป็นพีชคณิตแต่ไม่ใช่จำนวนตรรกยะ ดังนั้นe πจึงเป็นจำนวนอดิศัย จำนวนπและe πเป็นที่ทราบกันว่าเป็นอิสระทางพีชคณิตเหนือจำนวนตรรกยะ ดังที่ ยูริ เนสเตเรนโกได้แสดงให้เห็น[ 3 ]ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าe πเป็นจำนวน Liouville หรือ ไม่[ 4 ]ค่าคงที่นี้ถูกกล่าวถึงในปัญหาที่เจ็ดของฮิลเบิร์ตควบคู่ไปกับค่าคงที่ Gelfond–Schneider 2 2และชื่อ "ค่าคงที่ของ Gelfond" มาจากนักคณิตศาสตร์ชาวโซเวียตอเล็กซานเดอร์ เกลฟอนด์[ 5 ]

เหตุการณ์

ค่าคงที่e πปรากฏขึ้นโดยสัมพันธ์กับปริมาตรของไฮเปอร์สเฟียร์

กราฟแสดงปริมาตร ( วีn{\displaystyle V_{n}})และพื้นที่ผิว ( )เอสn1{\displaystyle S_{n-1}} ) ของลูกบอล n ลูก รัศมี 1

ปริมาตรของทรงกลม n มิติที่มีรัศมีRหาได้จากสูตร วีn(อาร์)=πn2อาร์nΓ(n2+1),{\displaystyle V_{n}(R)={\frac {\pi ^{\frac {n}{2}}R^{n}}{\Gamma \left({\frac {n}{2}}+1\right)}},} โดยที่Γคือฟังก์ชันแกมมาการพิจารณาเฉพาะทรงกลมหน่วย ( R = 1 ) จะได้ วีn(1)=πn2Γ(n2+1),{\displaystyle V_{n}(1)={\frac {\pi ^{\frac {n}{2}}}{\Gamma \left({\frac {n}{2}}+1\right)}},}

ทรงกลม 2nมิติคู่ใดๆในตอนนี้จะให้ผลลัพธ์ดังนี้ วี2n(1)=πnΓ(n+1)=πnn!.{\displaystyle V_{2n}(1)={\frac {\pi ^{n}}{\Gamma (n+1)}}={\frac {\pi ^{n}}{n!}}.} การรวมปริมาตรทรงกลมหน่วยมิติคู่ทั้งหมดและการใช้การขยายอนุกรมของฟังก์ชันเลขชี้กำลังจะให้ผลลัพธ์ ดังนี้ [ 6 ]n=0วี2n(1)=n=0πnn!=เอ็กซ์(π)=อีπ.{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }V_{2n}(1)=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {\pi ^{n}}{n!}}=\exp(\pi )=e^{\pi }.}

นอกจากนี้ หากกำหนดให้k = 1 / 2และ เคn+1=11เคn21+1เคn2{\displaystyle k_{n+1}={\frac {1-{\sqrt {1-k_{n}^{2}}}}{1+{\sqrt {1-k_{n}^{2}}}}}} สำหรับn > 0แล้วลำดับจะเป็นดังนี้ (4/เคn+1)2n{\displaystyle (4/k_{n+1})^{2^{-n}}} ลู่เข้าสู่e π อย่าง รวดเร็ว [ 7 ]

ความคงที่ของรามานุจัน

จำนวนe π 163เรียกว่าค่าคงที่ของรามานุจันการขยายทศนิยมของค่านี้มีดังนี้

e π 163 =262 537 412 640 768 743 .999 999 999 999 250 072 59 ... ( ลำดับA060295ในOEIS )

ซึ่งปรากฏว่าใกล้เคียงกับจำนวนเต็ม640320 3 + 744 มาก นี่คือการประยุกต์ใช้จำนวน Heegnerโดยที่ 163 คือจำนวน Heegner ที่กล่าวถึง จำนวนนี้ถูกค้นพบในปี 1859 โดยนักคณิตศาสตร์Charles Hermite [ 8 ] ในบทความApril Fool ปี 1975 ในนิตยสารScientific American [ 9 ]คอลัมนิสต์ "Mathematical Games" Martin Gardnerได้กล่าวอ้างหลอกลวงว่าจำนวนนี้เป็นจำนวนเต็ม และอัจฉริยะทางคณิตศาสตร์ชาวอินเดียSrinivasa Ramanujanได้ทำนายไว้—จึงเป็นที่มาของชื่อนี้ ค่าคงที่ของ Ramanujan ก็เป็นจำนวนอดิศัยเช่นกัน

ความใกล้เคียงโดยบังเอิญ ซึ่งห่างกันเพียงหนึ่งในล้านล้านส่วนของจำนวน640320 3 + 744นั้น อธิบายได้ด้วยการคูณเชิงซ้อนและการขยายqของค่าคงที่ jโดยเฉพาะ: เจ((1+163)/2)=(640320)3{\displaystyle j{\big (}(1+{\sqrt {-163}})/2{\big )}=(-640\,320)^{3}} และ (640320)3=อีπ163+744+โอ(อีπ163),{\displaystyle (-640\,320)^{3}=-e^{\pi {\sqrt {163}}}+744+O\left(e^{-\pi {\sqrt {163}}}\right),} โดยที่พจน์ความคลาดเคลื่อน โอ(อีπ163)=196884/อีπ163196884/(6403203+744)0.00000000000075,{\displaystyle O\left(e^{-\pi {\sqrt {163}}}\right)=-196\,884/e^{\pi {\sqrt {163}}}\approx -196\,884/(640\,320^{3}+744)\approx -0.000\,000\,000\,000\,75,} ซึ่งอธิบายว่าทำไมe π 163จึงเป็น0.000 000 000 000 75ต่ำกว่า640320 3 + 744 .

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพิสูจน์นี้ โปรดอ่านบทความเกี่ยวกับจำนวนฮีกเนอร์ (Heegner numbers )

จำนวนe ππ

จำนวนe ππก็ใกล้เคียงกับจำนวนเต็มมากเช่นกัน โดยการขยายทศนิยมของมันมีดังนี้

e ππ =19.999 099 979 189 475 767 26 ... (ลำดับA018938ในOEIS )

คำอธิบายสำหรับความบังเอิญที่ดูเหมือนน่าทึ่งนี้ ได้รับการให้ไว้โดย A.  Doman ในเดือนกันยายน 2023 และเป็นผลมาจากผลรวมที่เกี่ยวข้องกับฟังก์ชัน Jacobi thetaดังต่อไปนี้: เค=1(8πเค22)อีπเค2=1.{\displaystyle \sum _{k=1}^{\infty }(8\pi k^{2}-2)e^{-\pi k^{2}}=1.} พจน์แรกมีอิทธิพลเหนือกว่า เนื่องจากผลรวมของพจน์ต่างๆเค2{\displaystyle k\geq 2}ทั้งหมด~0.0003436.{\displaystyle \ซิม 0.0003436.}ดังนั้น ผลรวมจึงสามารถตัดทอนได้เป็น(8π2)อีπ1,{\displaystyle (8\pi -2)e^{-\pi }\approx 1,}โดยการแก้ปัญหาสำหรับอีπ{\displaystyle e^{\pi }}ให้อีπ8π2.{\displaystyle e^{\pi }\approx 8\pi -2.}เขียนการประมาณใหม่สำหรับอีπ{\displaystyle e^{\pi }}และใช้การประมาณค่าสำหรับ7π22{\displaystyle 7\pi \approx 22}ให้ อีππ+7π2π+222=π+20.{\displaystyle e^{\pi }\approx \pi +7\pi -2\approx \pi +22-2=\pi +20.} ดังนั้น การจัดเรียงพจน์ใหม่จะได้อีππ20.{\displaystyle e^{\pi }-\pi \approx 20.}ที่น่าขันก็คือ การประมาณค่าอย่างหยาบๆ สำหรับ7π{\displaystyle 7\pi }ส่งผลให้มีความแม่นยำเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งลำดับขนาด[ 10 ]

จำนวนπ e

การกระจายทศนิยมของπ eคือ

πอี={\displaystyle \pi ^{e}=}22.459 157 718 361 045 473 42 ... (ลำดับA059850ในOEIS )

ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าจำนวนนี้เป็นจำนวนอดิศัยหรือไม่ โปรดทราบว่า ตามทฤษฎีบทของ Gelfond–Schneiderเราสามารถสรุปได้อย่างแน่ชัดว่าa และbเป็นจำนวนอดิศัยหรือไม่ ก็ต่อเมื่อaและbเป็นจำนวนพีชคณิต ( โดยที่ aและbถือเป็นจำนวนเชิงซ้อน )

ในกรณีของe πเราสามารถพิสูจน์ได้ว่าจำนวนนี้เป็นจำนวนอดิศัยเนื่องจากคุณสมบัติของรูปแบบเลขชี้กำลังเชิงซ้อนและความสมมูลข้างต้นที่กำหนดเพื่อแปลงเป็น(−1) iซึ่งทำให้สามารถใช้ทฤษฎีบท Gelfond–Schneider ได้

π eไม่มีความเท่าเทียมกันเช่นนั้น และด้วยเหตุนี้ เนื่องจากทั้ง πและ eเป็นจำนวนอดิศัย เราจึงไม่สามารถใช้ทฤษฎีบท Gelfond–Schneider เพื่อสรุปเกี่ยวกับความเป็นจำนวนอดิศัยของ π e ได้ อย่างไรก็ตาม ข้อสันนิษฐานของ Schanuelที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในปัจจุบันจะบ่งชี้ถึงความเป็นจำนวนอดิศัยของมัน [ 11 ]

หมายเลขi i

โดยใช้ค่าหลักของลอการิทึม เชิงซ้อนฉันฉัน=(อีฉันπ/2)ฉัน=อีπ/2=(อีπ)1/2.{\displaystyle i^{i}=(e^{i\pi /2})^{i}=e^{-\pi /2}=(e^{\pi })^{-1/2}.} การกระจายทศนิยมของ คือ

ฉันฉัน={\displaystyle i^{i}=}0.207 879 576 350 761 908 54 ... (ลำดับA049006ในOEIS )

ความเหนือธรรมชาติของมันเป็นผลโดยตรงจากความเหนือธรรมชาติของe πและเป็นผลโดยตรงจากทฤษฎีบทของ Gelfond–Schneider

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • Alan BakerและGisbert Wüstholz , รูปแบบลอการิทึมและเรขาคณิตไดโอแฟนไทน์ , เอกสารทางคณิตศาสตร์ใหม่เล่ม 9 , สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, 2007, ISBN 978-0-521-88268-2
  • ค่าคงที่ของ Gelfond ที่MathWorld
  • เอกลักษณ์ใหม่ของหอพลังงานที่ซับซ้อนสำหรับความคงที่ของ Gelfond
  • เกือบจำนวนเต็มในMathWorld
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gelfond%27s_constant&oldid=1358345823 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ค่าคงที่ของเจลฟอนด์

ในทางคณิตศาสตร์เลขชี้กำลังของ pi e π หรือเรียกอีกอย่างว่าค่าคงที่ของ Gelfond คือจำนวนจริงeยกกำลังπ (นั่น คือค่าของฟังก์ชันเลขชี้กำลังที่π )

เหตุการณ์

ค่าคงที่ e π ปรากฏขึ้นโดยสัมพันธ์กับ ปริมาตร ของ ไฮเปอร์สเฟีย ร์

ความคงที่ของรามานุจัน

จำนวน e π √ 163 เรียกว่า ค่าคงที่ของรามานุจัน การขยายทศนิยมของค่านี้มีดังนี้

จำนวน e π − π

จำนวน e π − π ก็ใกล้เคียงกับจำนวนเต็มมากเช่นกัน โดยการขยายทศนิยมของมันมีดังนี้