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Demonstração prática da irracionalidade do Número de Euler (e).
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Rodrigo R. Gonçalez
ABSTRACT: This article seeks to demonstrate the irrationality of Euler's
number, through simple mathematical tools.
“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.
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:
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...