Algunas expresiones que generan números irracionales

Algunas expresiones que generan números irracionales
CF ingeniero Agustín E. González Morales
Jefe de Estudios de la ETSIAN
En el pasado puede habitar el futuro.
Fernando Sanfernando
El teorema de Fermat
Pierre de Fermat (1601-1655), uno de los gigantes de las Matemáticas, enunció su
famosa conjetura (hoy teorema, pues el británico Andrew Wiles la demostró en
1995) que establece que la ecuación:
(1)
carece de soluciones naturales para natural mayor que . En el margen de una
página de su ejemplar de la Aritmética de Diofanto escribió la frase que ha
provocado tres siglos y medio de investigaciones: «Un cubo no es nunca la suma de
dos cubos, una potencia cuarta no es nunca la suma de dos potencias cuartas y, más
generalmente, ninguna potencia superior a dos es suma de dos potencias análogas.
De esta proposición he encontrado una demostración maravillosa, que no cabe en la
estrechez de este margen». Pues bien, paciente lector, basándome en el teorema de
Fermat he deducido varias expresiones que generan números irracionales. Por
ejemplo, sabemos que
es irracional; pero, ¿son irracionales los números
y
?
La respuesta es afirmativa. A continuación se detalla la demostración.
Análisis de
La terna
no puede estar
formada por tres números impares pues si e
lo fuesen entonces
sería par. Sea el
conjunto de los pares y el de los impares. La
ecuación (1) se cumple si:
(2)
(3)
(4)
La opción
e
es formalmente la
misma que (4) pues basta permutar la
nomenclatura de
con . Pero siempre es
posible convertir una ecuación de Fermat que
satisfaga (2) en otra que cumpla (3) o (4). En
efecto, sean
, entonces (1) se puede
reescribir
con
naturales y
impares. Dividiendo
ambos miembros por la potencia de
de
menor grado, la ecuación resultante es del tipo
(3) o (4). En resumen, para analizar (1) basta
estudiar (3) y (4).
es irracional: demostración aplicando el teorema de Fermat
Ya los griegos, antes de Cristo, demostraron que
es irracional. Pero, empleando el
teorema de Fermat es fácil llegar a la conclusión de que
es irracional para
. En efecto,
en (1) hagamos
, entonces
, o sea
. Como no existen soluciones de
Fermat
para
, entonces no es posible escribir
como una fracción, es decir, se
trata de un número irracional.
es irracional con
y
Demostremos que todo número de la forma
es posible escribirlo como una fracción irreductible:
la potencia -sima, la ecuación se convierte en






es irracional. Supongamos que
con
. Elevando a
donde:
Si
entonces
no sería irreductible.
Si
y
, entonces
.
Si
y
, entonces es una ecuación de Fermat del tipo (3).
Si
también lo ha de ser , entonces
no sería irreductible.
Si
y
, entonces es una ecuación de Fermat del tipo (4).
No pueden ser a la vez
pues la suma de dos números impares es par.
lo que demuestra que no es posible escribir
como una fracción
; o sea, es
irracional.
De manera análoga procedemos con la expresión
. Sea
, es
decir:
que, siguiendo razonamientos similares, vemos que se trata de una
ecuación de Fermat. Por tanto,
también es irracional.
Figura 1. Gráficas de A:
, B:
, C:
, D:
En la figura 1 se representan
y
con
en abscisas, pero sólo
admitiendo los valores naturales de
. Obsérvese que el límite cuando tiende a infinito
de
es y que la convergencia hacia es mayor conforme aumenta el valor de .
es irracional con
,
y
Todo número de la forma
es irracional bajo las condiciones del epígrafe. En
efecto, supongamos que es una fracción irreductible:
, es decir:
. Si
de
(
y
son primos entre sí, se trata de una ecuación de Fermat, y si
), entonces:
cuya irracionalidad ya está demostrada más arriba
En la figura 2 se representan
con
Obsérvese que el límite cuando tiende a infinito de
disminuye conforme aumenta .
Figura 2. Gráficas de A:
E:
, F:
, B:
En la siguiente tabla se presenta
decimales:
n
3
4
5
10
20
40
en abscisas, para
.
es y que la convergencia
, C:
, G:
2.080083823051904114530056
2.030543184868930717867059
2.012346617085558324778560
2.000195226722359353928316
2.000000095367388439653445
2.000000000000045474735088
es múltiplo
, D:
, H:
para distintos valores de
1.912931182772389101199116
1.967989671665430418539227
1.987340754664457958566303
1.999804601616188523163916
1.999999904632525158349886
1.9999999999999545225264911
, con 25
¿Para qué sirve todo esto?
Igual que en el artículo de los coprimos, publicado en el BTIA anterior, sugerí emplear
las ternas coprimas para codificar señales, aquí podríamos aprovecharnos de la falta de
«regularidad» de las cifras decimales de los irracionales. Por ejemplo: con el conjunto (+, 2, 1,
3, 13) nos estamos refiriendo a la decimotercera cifra decimal del irracional
para
en este caso el 9; mientras que con (–, 2, 1, 10, 4) hablamos de la cuarta
cifra decimal de
para
. ¿Útil? ¿Quién sabe? ¿En criptografía? A
lo mejor sólo sirve para romper la cabeza de chalados como el que firma, o para que me la
rompan los que lo lean.