Liouvillescher Approximationssatz
Satz 164C (Liouvillescher Approximationssatz)
Ist
zm=qmpm mit
zm→z für
m→∞ eine rationale approximierende Folge der
algebraischen Zahl z vom Grad
n>1, dann gilt:
∣z−zm∣>qmn+11
Beweis
f(z)=anzn+⋯+a1z+a0=0,(n>1,an=/0)
erfüllt. Weiterhin sei
zm=qmpm wie oben.
Dann erhalten wir
f(zm)=f(zm)−f(z)= a1(zm−z)+a2(zm2−z2)+… +an(zmn−zn)
Nun teilen wir beide Seiten der Gleichung durch
zm−z und benutzen die algebraische Identität
u−vun−vn=un−1+un−2v+un−3v2+… +uvn−2+vn−1
Es ergibt sich also
zm−zf(zm)=a1+a2(zm+z)+ a3(zm2+zmz+z2)+⋯+an(zmn−1+⋯+zn−1)
Da
∣zm−z∣<1 für ausreichend großes
m gilt, können wir folgende grobe (aber vollkommen ausreichende) Abschätzung machen:
∣∣∣∣zm−zf(zm)∣∣∣∣<∣a1∣+2∣a2∣(∣z∣+1)+ 3∣a3∣(∣z∣+1)2+… +n∣an∣(∣z∣+1)n−1=:M
M ist eine Konstante, da wir
z als feste Zahl angenommen haben. Wenn wir jetzt
m so groß wählen, so dass in
zm=qmpm der
Nenner qm>M ist, erhalten wir die Ungleichungskette
∣z−zm∣>M∣f(zm)∣>qm∣f(zm)∣(1)
Wenn wir zur Abkürzung
p für
pm und
q für
qm schreiben, dann ist
∣f(zm)∣=∣∣∣∣qna0qn+a1qn−1p+⋯+anpn∣∣∣∣(2)
Nun kann die Zahl
zm keine
Nullstelle des
Polynoms f sein, denn sonst könnte man
(x−zm) aus
f(x) ausklammern. Daraus würde aber im Widerspruch zur Voraussetzung (der Grad von
z ist
n) folgen, dass
z einer Gleichung genügen würde, deren Grad
<n wäre. Daher ist
f(zm)=/0. Setzt man
(2) in
(1) ein, erhält man einen
ganzzahligen Zähler und den
Nenner qn+1. Dieser
Zähler ist ungleich
0, also vom
Betrag größer oder gleich
1. Somit ergibt sich:
∣z−zm∣>∣qn+1∣∣a0qn+⋯+anpn∣≥qn+11=qmn+11 □
Ein Mathematiker ist eine Maschine, die Kaffee in Theoreme verwandelt.
Paul Erdös
Anbieterkеnnzeichnung: Mathеpеdιa von Тhοmas Stеιnfеld
• Dοrfplatz 25 • 17237 Blankеnsее
• Tel.: 01734332309 (Vodafone/D2) •
Email: cο@maτhepedιa.dе