자연상수 e의 정의
1. ∑∞n=01n!=e
2. limn→∞(1+1n)n=e
3. ∫e11xdx=e
자연상수 e가 무리수인 이유
e의 테일러 급수를 이용하여 e가 무리수인 이유를 증명해보자.
ex의 테일러급수 식은
ex=1+x1!+x22!+x33!+⋯+xnn!+⋯
x=1을 대입하면,
ex=1+11!+12!+13!+⋯+1n!+⋯
이제 e가 유리수라고 가정하자. e=mn으로 나타내자. ( m,n 은 정수)
e=mn=(1+11!+12!+⋯+1n!)+(1(n+1)!+1(n+2)!+⋯)
양변에 n! 을 곱하면,
m(n−1)!=(n!+n!1!+n!2!+⋯+n!n!)+(1(n+1)+1(n+1)(n+2)+⋯)
m(n−1)!와 n!+n!1+n!2!+⋯+n!n! 는 모두 정수이고
0<1n+1+1(n+1)(n+2)+1(n+1)(n+2)(n+3)+⋯
<1n+1+1(n+1)(n+1)+1(n+1)(n+1)(n+1)+⋯
=1n+1+1(n+1)2+1(n+3)3+⋯
=1n+11−1n+1=1n<1
따라서 1n+1+1(n+1)(n+2)+1(n+1)(n+2)(n+3)+⋯ 는 소수이다.
m(n−1)!=(n!+n!1!+n!2!+⋯+n!n!)+(1(n+1)+1(n+1)(n+2)+⋯)
이는 e가 유리수라는 가정에 모순이다. 따라서 e는 무리수이다.
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