木桩

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想起了一位希腊数学家


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孔子说:“温故而知新,可以为师矣”。

空闲时,我爱看一些有关数学的书籍。这次,随手在书架上抽出一本旧书,这本书是我当年在 UCLA 数学系修过的一门课, Real  Analysis  ,通常叫实变函数吧。

书名  Mathematical Analysis /  Second edition

作者: Tom M. Apostol / California Institute of Technology

那年,教我们这门课的是 Yiannis Mostrovakis , 他是世界上顶尖的逻辑学专家,当年他在讲台上给我们授课的情形至今历历在目。

Mostrovakis 是希腊人,瘦瘦高高的,蓄着一蓬大胡子,资本论的作者马克思的那种大胡子,几乎把他的整个下半脸全掩盖了。在西方国家里,这样的大胡子还是蛮常见的,也许是男性的一种时髦吧。当 Mostrovakis说话时,隐蔽在浓密的大胡子里,露出了一排牙齿,能注意到他的嘴巴在动。每当 Mostrovakis来给我们上课,他嘴里叼着一个烟斗,讲话时烟斗拿出来,托在手上,讲完后,烟斗又塞回嘴里。这让我联想起噻在儿童嘴里的“咬咬乐”,儿童有这样的乐趣,数学家也有这样的乐趣。第一堂课,他把他的名字写在黑板上,同时告诉我们:“我的名字不太好拼,你们如果拼错了,我要扣你两分”。我每次上交作业时小心翼翼,至少查二遍,决不让他在“拼错名字”上扣分。

Mostrovakis 教授是非常友善的,但实际上,他是瞧不起我们这些学生的。他在一个助教那里说:“这个班上没有数学家”。UCLA 的数学系里,每个教授都是世界一流的。记得有一年,华罗庚先生来 UCLA 数学系,我们都去听他的讲座,他讲了“优选法”。我环顾一下大教室的四周,寥寥无几,约有二十来个人,好像都是中国学生。我问,数学系里那些教授怎么没见来? 一位研究生回答我说,华罗庚在中国是数学界的祖师爷,但在 UCLA 的数学系里,每个教授都有华罗庚的水平,甚至比华罗庚的水平更高。

Mostrovakis 教授是个极顶聪明的人,这,当然是无可争议的。我们用的这本数学书,里面有很多数学证明题。课堂上,Mostrovakas 用浓重的希腊口音预告:“It is 达里必利,达里必利顶波”,(It is terribly terribly simple)。

现在回到这本书的第7页(page 7),有这么一道题:

Theorem 1.11 .    If  ex  = 1 + x + x2/2+ x3/3+ ……… +  xn/n+  …….. then the number e is irrational.

目标非常明确: 证明  无理数。

直接证明 是无理数,当然可以的,但比较麻烦。这本教课书上来了个弯弯绕,先证明 e 的倒数 e-1是无理数,如果 e-1  是无理数, 那么 就是无理数了。为什么要这样绕圈子呢?因为证明 e-1  是无理数相对容易,有点 “曲线救国”的意思,数学家的“门槛精”。

【如果 e-1  是无理数, 那么 也是无理数】,这个命题可以说是对的,但也不是那么显然的,用数学语言,这是 non-trivial 

先要证明 【如果 e-1  是无理数, 那么也是无理数】这个命题是成立的,这样,在逻辑上滴水不漏,让人心服口服。

 

我来证明一下:

中文版:

用反证法:

假设 是有理数,  e = a/b  (a 和 b 是整数,这是有理数的定义),  

那么  e-1  = b/a 也是有理数,这和假设矛盾,所以 e 是无理数。

 

英文版:

Prof by contradiction:

If e is rational,   e = a/b  (a and b are integers, this is the definition of rational numbers),  then e-1  = b/a would also be  rational

This is contradiction to the assumption,  therefore, e  must be irrational

难吗?这里没有任何高等数学的工具和语言,甚至没有小学课本里的 加减乘除。我用了不到 50  字母和符号,不足二行,这里只有逻辑推理。我想,没有受过数学教育,聪明一点的农妇都能理得清想得通。纯数学,说到底就是哲学。

如何证明 e-1  是无理数,这个比较复杂,需要大学数学系课程里的一些工具,这里不展开了。


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  • 木秀于林

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