比根号2更“无理”的数

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  不是代数数的实数统统被称为“超越数”(tran-scendentM number),它不满足于任何一个整系数多项式方程。超越数无疑是更“无理”的数,但是否存在这样的数?这个问题在数学史上早有争论。1844年,法国数学家柳维尔(Joseph Liouville)构造了第一个超越数——柳维尔数(Liouville number)。这个数是0.110001000000000000000001…,其中小数点后面第1,2,6,24,120,…位是1,其余位都是0.柳维尔证明了这个数是一个超越数,它不满足于任何整系数多项式方程。
  1873年,法国数学家夏尔·埃尔米特(Charles Her。mite)证明了自然底数e是一个超越数。1882年,德国数学家林德曼(Ferdinand yon Lindemann)证明了圆周率π是一个超越数。
  但是,人们对超越数的了解还是太少。数学家们
  胛至今仍然不知道,π+e、π-e、π·e、π/e是否也是超越数。虽然如此,大家还是普遍相信它们都是超越数,毕竟它们不大可能恰好满足一个各项系数都是整数的多项式方程。
  可计算数与不可计算数
  我们把圆周率的小数展开,看上去似乎是完全随机的,但还是有办法算出来的。如果你想知道1T的小数点后第一亿位是多少,我们总能在有限的时间里算出答案来。
  1975年,计算機科学家格里高里·蔡廷(GregoryChaitin)研究了一个很有趣的问题:在任意指定的一种编程语言中,随机输入一段代码,这段代码能成功运行并且会在有限时间里终止(不会无限运行下去)的概率是多大。他把这个概率值命名为“蔡廷常数”(Chaitin's constant)。
  这个问题听起来有点不可思议,但事实上确实如此——蔡廷常数是一个不可计算数(uncomputablenumber)。也就是说,虽然蔡廷常数是一个确定的数字,但现已在理论上证明了,你是永远无法求出它来的。
  可定义数与不可定义数
  尽管蔡廷常数算不出来,不过我们却知道蔡廷常数是什么。它有一个明确的定义。但是,并不是所有的数都能够用有限的文字描述出来。原因很简单,因为长度有限的文字段落是可以逐一枚举的(虽然有无穷多),而全体实数是不能枚举的,因此,总存在一些不可能用语言描述出来的数。这种数就叫做不可定义数(undefinable number)。
  自然数也好,有理数也好,根号2也好,圆周率也好,蔡廷常数也好,它们都有明确的定义,都属于可定义数的范畴。事实上,整个人类历史上所有文献提到过的所有实数都是可定义的,因为它们都已经被我们描述出来了。但是,由于可定义数与全体实数的数量根本不在一个级别上,不可定义的数远远多于可定义的数。
  那么,谁发现了第一个不可定义数呢?答案是,从没有人发现过不可定义的数,以后也不会有人找到不可定义的数。因为不可定义数是无法用语言描述的,我们只能用非构造的方式证明不可定义数的存在性,但却永远没法找出一个具体的例子来。
  虽然有那么多数是没有办法描述的,但数学家们也不会损失什么。因为每一个值得研究的数,一定都有着优雅漂亮的性质,这些性质就已经让它成为了能够被定义出来的数。
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