近世代数:伽罗瓦理论及其拓展

超越数

数分成两个阵营。代数数是那些被某个整系数(或有理系数)多项式方程所捕获的数——比如 sqrt(2),它满足 x^2 - 2 = 0。超越数则是逃出所有这类罗网的数:无论次数多高,没有任何有理系数多项式以它为根。它“超越”了一切这种代数。

确切地说,一个实数或复数称为超越数,如果它在有理数上不是代数的——也就是说,它不满足任何非零的有理系数多项式方程。两个最著名的超越数是 pi(林德曼于 1882 年证明其超越性)与 e(埃尔米特于 1873 年证明)。

尽管单个地辨认它们很难,超越数却压倒性地普遍:代数数构成一个可数集,而实数是不可数的,所以几乎每个实数都是超越数。然而证明某个具体的数是超越数往往非常困难,许多自然常数的状态至今仍未可知。

数 e(约 2.71828)是超越数:任何形如 c0 + c1·e + c2·e^2 + ... = 0 的有理系数(不全为零)方程都不可能成立。相比之下 sqrt(2) 是代数数,因为 x^2 - 2 = 0。

e 是超越数;sqrt(2) 是代数数。

由于 pi 是超越数,用直尺和圆规“化圆为方”这一古老问题不可能完成——该作图需要 pi 是某种特殊的代数数。并非所有无理数都是超越数:sqrt(2) 是无理数,却是代数数。