los numeros algebraicos
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Los números
algebraicos.
Autor: Jorge Alfaro Vargas.
Carné: A90217
Algebraicos y trascendentes.
Los números reales los hemos
clasificado en racionales e
irracionales. Sin embargo, existe
otra forma de clasificarlos, esta es:
en algebraicos y trascendentes.
Números
algebraicos: son
las raíces de los
polinomios con
coeficientes
racionales.
Números
trascendentes: son
aquellos números
reales que no son
raíces de ningún
polinomio.
Clasificación:
Un número real β se dice ser
algebraico si existe un polinomio 𝑃 𝑥
con coeficientes racionales,
𝑃 𝑥 = 𝑐𝑛𝑥𝑛 + 𝑐𝑛−1𝑥𝑛−1 + … + 𝑐1𝑥 + 𝑐0
Tal que 𝑃 β = 0. De lo contrario se dice
que β es trascendente.
Definición:
Una ecuación algebraica o ecuación polinómica de grado n, n 𝐼𝑁∗, en una variable o incógnita 𝑥, con coeficientes racionales, es de la forma:
0 = 𝑐𝑛𝑥𝑛 + 𝑐𝑛−1𝑥𝑛−1 + … + 𝑐1𝑥 + 𝑐0
con 𝑐0, 𝑐1,…, 𝑐𝑛 coeficientes racionales y 𝑐𝑛 ≠ 0. Los 𝑐𝑖 ∀𝑖 , 0 ≤ 𝑖 ≤ 𝑛 se llaman coeficientes de la ecuación. El 𝑎𝑛 se llama coeficiente principal de la ecuación.
En general, serán
algebraicos todos
los números
gaussianos, pues
todos ellos son
raíces de
polinomios mónicos.
Debe observarse
que existen muchos
otros números
algebraicos que no
son gaussianos.
Definición:
Para un algebraico 𝑥, definimos el
grado de 𝑥 como el menor grado
de todos los polinomios 𝑃 𝑥 (del
tipo de la definición dada) que
satisfacen 𝑃 𝑥 = 0.
El número racional 𝑎 ∕ 𝑏 satisface la ecuación algebraica 𝑏𝑥 − 𝑎 = 0, de manera que el grado de cualquier número racional es 1.
Las soluciones de las ecuaciones algebraicas 𝑐1𝑥 + 𝑐0 = 0, (con 𝑐1 y 𝑐0 números racionales) son siempre números racionales.
De manera que los racionales son
precisamente los números
algebraicos de grado 1 , mientras
que los irracionales algebraicos
tendrán grado superior o igual a 2.
23
y cos 20 ° son
algebraicos
ambos de
grado 3
El número
El número 23
Sabemos que el número
23
es irracional y satisface
la ecuación algebraica
𝑥3 − 2 = 0
¿Existirá alguna otra
ecuación de grado menor
con coeficientes enteros
para la cual 23
también sea
solución?
23
no puede ser solución de
una ecuación algebraica
de grado 1.
𝑎𝑥 + 𝑏 = 0
Pues implicaría que 23
=−𝑏
𝑎
que es un racional,
contradiciendo el hecho
que 23
es un irracional.
23
no es solución de una
ecuación algebraica de
segundo grado con
coeficientes enteros 𝑎, 𝑏 y 𝑐.
𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 0
supongamos que existen
𝑎 ≠ 0, 𝑏 y 𝑐 tales que
𝑎 23 2
+ 𝑏 23
+ 𝑐 = 0 (1)
En virtud de que 23
es
solución de 𝑥3 − 2 = 0 ,
sustituyendo 𝑥 por 23
y
luego multiplicando por 23
obtenemos:
23 3
= 2 y 23 4
= 2 23
En la ecuación (1)
trasladamos el término 𝑐 a la
derecha y elevamos al
cuadrado para obtener:
𝑎2 23 4
+ 𝑏2 23 2
+ 2𝑎𝑏 23 3
= 𝑐2
Reemplazando los términos
23 3
y 23 4
por sus
equivalentes y simplificando
obtenemos un sistema lineal
de dos ecuaciones en las
incógnitas:
23 2
y 23
𝑎 23 2
+ 𝑏 23
= −𝑐
𝑏2 23 2
+ 2𝑎2 23
= 𝑐2 − 4𝑎𝑏
Halamos la solución para 23
:
23
=𝑏2𝑐 − 4𝑎2𝑏 + 𝑎𝑐2
2𝑎3 − 𝑏3
Es decir, 23
sería un racional, lo cual es
contradictorio a la irracionalidad de 23
El número cos 20° Este número es irracional y
además satisface la
ecuación algebraica
8𝑥3 − 6𝑥 − 1 = 0
¿Satisface cos 20° alguna
otra ecuación algebraica
con coeficientes enteros de
grado menor que 3?
Observemos que cos 20° no
es solución de una ecuación
algebraica de grado 1 con
coeficientes enteros 𝑎 y 𝑏.
𝑎 cos 20° + 𝑏 = 0
Implicaría que cos 20° sea de
la forma 𝑎/𝑏 , es decir un
racional, cosa que no es
cierta.
A continuación, probemos
que tampoco cos 20° es
solución de una ecuación
algebraica de grado 2 con
coeficientes enteros 𝑎, 𝑏 y 𝑐.
𝑎 cos 20° 2 + 𝑏 cos 20° + 𝑐 = 0 (2)
Supongamos que la
ecuación (2) se satisface.
Escribamos 𝛽 = cos 20° para
simplificar notación. En virtud
de que 𝛽 satisface:
8𝑥3 − 6𝑥 = 0 tendremos
entonces:
𝛽3 =3
4𝛽 +
1
8 o bien 𝛽4 =
3
4𝛽 +
1
8𝛽
Al elevar al cuadrado la
ecuación (2) y
reemplazando los términos
𝛽3y 𝛽4 por sus equivalentes,
obtenemos el siguiente
sistema de dos ecuaciones
lineales:
𝑎𝛽2 + 𝑏𝛽 = −𝑐 3
4𝑎2 + 𝑏2 𝛽 +
1
8𝑎2 +
3
2𝑎𝑏 𝛽 = 𝑐2 −
1
4𝑎𝑏
Despejando 𝛽 se obtiene:
β = cos 20° =6𝑎2𝑐 + 8𝑐𝑏2 − 2𝑎2𝑏 + 8𝑎𝑐2
6𝑎2𝑏 + 𝑎3 − 8𝑏3
que es un número racional, contradiciendo el hecho de que cos 20° es irracional.
Bibliografía.
Barrantes, H. (2005) Introducción a la
Matemática. Editorial: UNED. San José,
Costa Rica.
González, F. (2007) Álgebra I. Editorial:
UNED. San José, Costa Rica.
Piza, E. (2008) Los Números Reales. Editorial:
CIMPA. San José, Costa Rica.
Muchas gracias.