√2是无理数的证明方法

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粒子卤D1
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√2是无理数的几种证明方法如下:

方法1. 反证法: 

  • 假设√2=p/q, 这里p,q 都是正整数,且他们之间不存在约数。等式两边平方可以得到2q*q = p*p。通过分析这个等式,可以知道等式两边都是偶数。因为偶数的平方是偶数,奇数的平方是奇数, 所以p肯定是偶数。

  • 若q也是偶数,则p, q有一个共因子2,与假设矛盾。若q是奇数, q*q也是奇数,则等式左边不能被4整除, 等式右边能够被4整除,矛盾。所以, √2不能是有理数, 只能是无理数。

方法2. 利用因式分解的唯一性:

  • 若2q*q = p*p成立,可以看出等式右边的因式分解,所有的因式的个数都是偶数倍,而等式左边的因式分解的个数存在奇数倍的情况,矛盾。所以, √2不能是有理数, 只能是无理数。

方法3. 辗转相除法

  • 图中的BC和BD之间进行辗转相除为什么永远不能停止。把BD减去BC,剩下一段DE。以DE为边做一个新的小正方形DEFG,那么显然DE=EF=FC(∵△EDF为等腰直角且△BEF≌△BCF)。

  • 接下来我们应该在BC和DE间辗转相除。BC就等于CD,CD减去一个DE相当于减去一个FC,就只剩下一段DF了。现在轮到DE和DF之间辗转相除,而它们是一个新的正方形的边和对角线,其比例正好与最初的BC和BD相当。

  • 于是,这个操作再次回到原问题,并且无限递归下去。最后的结论用我们的话说就是,不存在一个数x使得BC和BD的长度都是x的整倍数。

  • 所以,BD/BC不能表示为两个整数之比p/q(否则BD/p=BC/q,这就成为了那个x)。这样就证明了BD(可以是√2或者其他等腰直角三角形的斜边长)只能是无理数了。

方法4:奇偶分析法:

  • 假设√2=a/b 那么可以得到a*a=2*b*b,(a,b)=1,(表示a 与 b 最大的公因数是1,a和b都是正整数。

  • 根据2*b*b可以推得a是一个偶数,我们可以设置a=2c。

  • 4*c*c=2*b*b得到 b*b=2*c*c,可以得到b也是偶数。

  • a,b都是偶数,这和(a,b)=1相矛盾。

方法5:尾数证明法:

  • 假设根号2是一个有理数,那么根号2就可以使用a/b的形式来标识,其中(a,b)=1,(表示a 与 b 最大的公因数是1),a和b都是正整数,明确了这些条件,就开始证明了。

  • √2=a/b 那么可以得到a*a=2*b*b。

  • 从数的平方我们可以很快得到,b*b的尾数范围是 (0,1,4,5,6,9)中的一个数,不可能是2,3,7,8,这个道理不难理解。

  • 2*b*b的尾数范围是(0,2,8)中的一个数。

  • 因为a*a=2*b*b,那么a*a的尾数范围可以排除2和8,只有0。

  • 因为2*b*b得到的值肯定是一个偶数,那么b*b的尾数范围是(0,5)。

  • 按照目前的尾数可选项,a和b存在公因数5,和(a,b)=1是相矛盾的。

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