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Demonstração Irracionalidade do Número de Euler - Rodrigo R. Gonçalez, Notas de estudo de Matemática

Demonstração prática da irracionalidade do Número de Euler (e).

Tipologia: Notas de estudo

2016

Compartilhado em 16/12/2016

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rodrigo-rabelo-goncalez-9 🇧🇷

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Demonstração da Irracionalidade
do Número de Euler
()e
Rodrigo R. Gonçalez
ABSTRACT: This article seeks to demonstrate the irrationality of Euler's
number, through simple mathematical tools.
1. Introdução.
“Na matemática, o número de Euler, denominado em homenagem ao matemático suíço
Leonhard Euler
, é a base dos logaritmos naturais. As variantes do nome do número
incluem: número de Napier, constante de Néper, número neperiano, constante
matemática, número exponencial, etc. A primeira referência à constante foi publicada
em 1618 na tabela de um apêndice de um trabalho sobre logaritmos de
John Napier
. No
entanto, este não contém a constante propriamente dita, mas apenas uma simples lista
de logaritmos naturais calculados a partir desta. A primeira indicação da constante foi
descoberta por
Jakob Bernoulli
, quando tentava encontrar um valor para a seguinte
expressão (muito comum no cálculo de juros compostos):
1
lim 1 .
n
ne
n
(Fonte:
Wikipèdia.com.br
).
Evidentemente, com o auxílio do cálculo computacional, ficou extremamente simples
obter o número de Euler. Mas, nenhum computador existente poderá obter todas as
casas decimais de tal número, pois ele é irracional.
Pela expressão mostrada acima, temos aquilo que denominamos de uma indeterminação
matemática. Isso porque, quando
n
tende ao infinito,
1n
tende a zero e não podemos
afirmar o que ocorre com a expressão
1
. Devemos lembrar ao leitor que o infinito é
uma idéia, e não um número. Não é algo mensurável e que possui controle. Imagine o
infinito como algo tão extenso quanto nossa imaginação possa alcançar, e isso ainda
seria ínfimo.
Fixemos nossa imaginação nos tempos de Bernoulli, Euler e Napier, por exemplo.
Como nós poderíamos ter a absoluta certeza de que tal famoso número é mesmo
irracional? A demonstração desse fato é o interesse principal deste artigo.
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Demonstração da Irracionalidade

do Número de Euler

( e )

Rodrigo R. Gonçalez

ABSTRACT: This article seeks to demonstrate the irrationality of Euler's

number, through simple mathematical tools.

  1. Introdução.

“Na matemática, o número de Euler, denominado em homenagem ao matemático suíço

Leonhard Euler, é a base dos logaritmos naturais. As variantes do nome do número

incluem: número de Napier, constante de Néper, número neperiano, constante

matemática, número exponencial, etc. A primeira referência à constante foi publicada

em 1618 na tabela de um apêndice de um trabalho sobre logaritmos de John Napier. No

entanto, este não contém a constante propriamente dita, mas apenas uma simples lista

de logaritmos naturais calculados a partir desta. A primeira indicação da constante foi

descoberta por Jakob Bernoulli, quando tentava encontrar um valor para a seguinte

expressão (muito comum no cálculo de juros compostos):

lim 1.

n

n

e n

(Fonte:Wikipèdia.com.br).”

Evidentemente, com o auxílio do cálculo computacional, ficou extremamente simples

obter o número de Euler. Mas, nenhum computador existente poderá obter todas as

casas decimais de tal número, pois ele é irracional.

Pela expressão mostrada acima, temos aquilo que denominamos de uma indeterminação

matemática. Isso porque, quando n tende ao infinito, 1 n tende a zero e não podemos

afirmar o que ocorre com a expressão 1. Devemos lembrar ao leitor que o infinito é

uma idéia, e não um número. Não é algo mensurável e que possui controle. Imagine o

infinito como algo tão extenso quanto nossa imaginação possa alcançar, e isso ainda

seria ínfimo.

Fixemos nossa imaginação nos tempos de Bernoulli, Euler e Napier, por exemplo.

Como nós poderíamos ter a absoluta certeza de que tal famoso número é mesmo

irracional? A demonstração desse fato é o interesse principal deste artigo.

  1. Sequências e Séries.

Tomemos uma sequência cujo termo geral é

n

xn n n

. Pelo teorema

Binomial, podemos reescrever esse termo como:

0

n (^) n n k k k

n

n k n

Logo,

0 1 2 3 1

2 3 4

2

n

n n

n

n

n

n n n n n n

n n n n n n n n n

n n n n n n n n n n n n n n n n

n n

n n

3 4

n

n

n

n

n n n n n n n

n n n

n n n n n n

n n n n n n n n

n n n n

n n n n n

Sen tende ao infinito, observamos que o termo tende a

0

lim 1 1 1 (1 0) (1 0) (1 0) (1 0) (1 0) (1 0) ... 2! 3! 4!

lim 1 1 1 ... ... 2! 3! 4!!!

n

n

n

n n

n

e n n n

Concluímos, dessa forma, que número de Euler também pode ser escrito como o

resultado de convergência da série infinita:

  1. Conclusão.

Portanto, temos que 2 Sn 3 , sendo ( Sn ) monótona e limitada. Então,

0

n n!

converge.

Seja

0

n!

e n

. Como vimos anteriormente, 2 e 3. Reescrevamos e de forma

que:

0

k

n

e n k k k k

k k k k k k k k k

k k k k k k k k k

2 3

2 3 1

k

n

k k k k k k k k

e n k k k k

Temos que 2 3

k 1 ( k 1) ( k 1)

é uma série geométrica, de razão

k 1

, cujo

limite da soma é:

lim lim 1 1 1 1

n n

k S S k k

k

Substituindo o termo anterior na expressão obtida:

2 3

k

k k k k k k k k

Portanto:

1

k

n

e n k k

Ora, se e , por hipótese, então existem (^) p q ,  tal que e p q. Podemos

escrever:

0

q

n

p

q n q q

Multiplicando os membros da desigualdade por q q !, obtemos:

0

0

q

n

q

n

p q q q q q n

q p q q n

Observe que

0

q

n

q q q q q q q q q n q

Como p q!  e

0

q

n

q q n

, é um absurdo que a diferença ente dois números

naturais esteja entre 0 e 1.

Logo, (^) e é um número irracional entre 2 e 3, como queríamos demonstrar.

Observação: Euler calculou tal número com 23 casas decimais!

e 2,71828182845904523536028...