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¿Ha resultado ser racional algún número irracional del que se sospechaba desde hace tiempo?

La historia de la demostración de números irracionales está llena de historias interesantes, desde las antiguas pruebas de $\sqrt{2}$ a la prueba de irracionalidad de Lambert para $\pi$ Para la sorpresa de Roger Apéry, la demostración de que $\zeta(3)$ es irracional en 1979.

Hay muchos números que parecen estar esperando en las alas para que se resuelva su estatus de irracionalidad. Ejemplos famosos son $\pi+e$ , $2^e$ , $\pi^{\sqrt 2}$ y la constante de Euler-Mascheroni $\gamma$ . Corríjanme si me equivoco, pero ¿la mayoría de los matemáticos no encontrarían mucho más sorprendente que alguno de estos números resultara ser racional en lugar de irracional?

¿Existen ejemplos de números que, mientras se desconocía su estado, se "asumieron" como irracionales, pero que finalmente se demostró que eran racionales?

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dguaraglia Puntos 3113

No creo que Legendre esperara este número para ser racional, y mucho menos entero...

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Thomas Moulard Puntos 163

Otro ejemplo "opuesto" -un número natural que se sospecha que es racional pero que resulta ser irracional- se da en el estudio de los politopos aleatorios. En 1923, Blaschke preguntó

¿Cuál es el volumen esperado de un tetraedro con vértices elegidos al azar en un tetraedro de volumen unitario?

La respuesta correspondiente a una línea unitaria es $\frac{1}{3}$ y para un triángulo unitario es $\frac{1}{12}$ . Klee hizo la conjetura (muy plausible) de que para el tetraedro la respuesta es $\frac{1}{60}$ pero experimentos posteriores de Monte Carlo sugirieron que la respuesta estaba más cerca de $\frac{1}{57}$ .

Luego, en 2001, Buchta y Reitzner mostró que la respuesta es en realidad

$$\frac{13}{720}-\frac{\pi^2}{15015}.$$

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Richard Stanley Puntos 19788

Un número racional sorprendente es 32/27. Thomassen demostró en 1997 que el cierre del conjunto de todos los ceros reales de todos los polinomios cromáticos de los grafos es $\lbrace 0\rbrace \cup \lbrace 1\rbrace \cup [32/27,\infty)$ .

111voto

Richard Puntos 1661

Consideremos la función hipergeométrica ${}_2F_1(a,b,c;z)$ . Cuando $a$ , $b$ y $c$ son racionales y ${}_2F_1$ es una función trascendental, Siegel trató de demostrar que -salvo excepciones obvias- la función toma valores trascendentales en el álgebra $z$ . Pero resulta que hay son $a$ , $b$ y $c$ para los que esto es falso. Por ejemplo:

$${}_2F_1(1/3,2/3,5/6;27/32)=8/5$$

$${}_2F_1(1/4,1/2,3/4;80/81)=9/5$$

$${}_2F_1(1/12,5/12,1/2;1323/1331)= 11^{1/4}$$

90voto

John Topley Puntos 58789

Hay razones para que cualquier ejemplo moderno se parezca al estado de la constante de Legendre. La mayoría de los números interesantes (pero no todos) admiten un algoritmo de tiempo polinómico para calcular sus dígitos. De hecho, hay una interesante semi-revisión de Borwein y Borwein que muestra que la mayoría de los números habituales en el cálculo (por ejemplo, $\exp(\sqrt{2}+\pi)$ ) tienen un quasilineal algoritmo de tiempo en una máquina RAM, lo que significa $\tilde{O}(n) = O(n(\log n)^\alpha)$ tiempo de cálculo $n$ dígitos. Una vez que tenga $n$ dígitos, se puede utilizar el algoritmo de la fracción continua para encontrar la mejor aproximación racional con un máximo de $n/2-O(1)$ dígitos en el denominador. El algoritmo de la fracción continua es equivalente al algoritmo euclidiano, que también tiene una versión de tiempo cuasilineal según Wikipedia.

La constante de Euler se ha calculado casi 30.000 millones de dígitos utilizando un algoritmo de tiempo cuasilineal de Brent y McMillan.

Por ello, es difícil sorprenderse de una cifra así. Se necesitaría una coincidencia matemática de que el número es racional, pero con un denominador que está fuera del alcance de los ordenadores modernos. (Esta fue la motivación declarada por Brent y MacMillian en el caso de la constante de Euler). Creo que sería bastante noticiable si ocurriera. Por otro lado, si sólo puedes calcular los dígitos muy lentamente, entonces tu situación se parece a la de Legendre.


Recibí un correo electrónico pidiendo una referencia al artículo de Borwein y Borwein. El artículo es Sobre la complejidad de las funciones y los números familiares . Para resumir la parte relevante de este artículo de estudio, cualquier valor o valor inverso de una función elemental en el sentido del cálculo, incluyendo también las funciones hipergeométricas como primitivas, se puede calcular en tiempo cuasilineal. Lo mismo ocurre con la función gamma o zeta evaluada en un número racional.

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