Pierwiastek kwadratowy z 2 (√2) — właściwości i zastosowania
Opis liczby √2: definicja, własności algebraiczne i geometryczne, dowód irracjonalności, przybliżenia, historia i praktyczne zastosowania (np. format papieru A).
Przegląd
Pierwiastek kwadratowy z 2, zwykle zapisywany jako √2 lub 2^{1/2}, to dodatnia liczba rzeczywista spełniająca równość (√2)^2 = 2. Jest jednym z najwcześniej rozpoznanych przykładów liczby niewymiernej: jej rozwinięcie dziesiętne jest nieskończone i nieokresowe (około 1,41421356…). Symbolicznie √2 jest pierwiastkiem wielomianu x^2 − 2, co czyni ją liczbą algebraiczną stopnia drugiego.
Galeria obrazów
1 Obraz
Właściwości i typowe dowody
Najczęściej cytowany dowód, że √2 jest niewymierna, polega na rozumowaniu nie wprost: przyjmując, że √2 = p/q w postaci ułamka nieskracalnego, otrzymujemy p^2 = 2q^2, skąd wynika parzystość p i q, co stoi w sprzeczności z założeniem nieskracalności. Krótkie omówienie tego klasycznego argumentu znajdziesz pod linkiem dowód irracjonalności. Matematycznie √2 jest tzw. liczbą kwadratową (quadratic irrational) i generuje rozszerzenie kwadratowe Q(√2).
Istotną cechą √2 jest jej okresowy rozwój w postaci łańcucha ułamków prostych: ma postać [1; 2, 2, 2, …], co daje szybkie i optymalne przybliżenia wymierne. Kolejne zbieżne tego rozwinięcia to m.in. 1, 3/2, 7/5, 17/12, 41/29, 99/70 — używane do praktycznych szacunków i analizy błędu przybliżeń.
Interpretacja geometryczna
Geometrycznie √2 pojawia się jako długość przekątnej kwadratu o boku długości 1. Zależność tę można odtworzyć prostym zastosowaniem twierdzenia Pitagorasa: dla boku długości 1 przekątna ma długość √(1^2+1^2) = √2. Więcej informacji o związku z geometrią i twierdzeniem Pitagorasa dostępne jest pod odpowiednim omówieniem.
Zastosowania i przykłady
- W praktyce technicznej i projektowaniu √2 występuje m.in. w formacie papieru serii A (ISO 216): stosunek boków arkusza A0 wynosi √2, co umożliwia dzielenie arkusza na pół przy zachowaniu tego samego proporcji — więcej na ten temat pod linkiem format A i proporcja √2.
- W algebrze i teorii liczb √2 jest podstawowym przykładem liczby generującej pierścień liczb całkowitych w ciele kwadratowym Q(√2); pojawia się w rozwiązaniach równań diofantycznych, w obliczeniach dotyczących rozkładów i jednostek w tych ciałach.
- W przybliżeniach numerycznych oraz grafice komputerowej używa się szybkich estymat przybliżających √2 dla obliczeń geometrycznych i transformacji.
Historia i znaczenie
Odkrycie niewymierności długo przypisywane jest szkołom pitagorejskim w starożytnej Grecji, choć liczba i jej przybliżenia znane były też w innych kulturach. Fakt, że przekątna jednostkowego kwadratu nie daje się wyrazić jako stosunek dwóch całkowitych liczb, miał dalekosiężne konsekwencje w rozwoju matematyki, prowadząc do powstania pojęcia liczb niewymiernych i rozbudowy teorii liczb rzeczywistych. Dla zainteresowanych źródłami algebraicznymi i historycznymi odsyłamy do opracowań matematycznych.
Dowód, że pierwiastek kwadratowy z 2 nie jest racjonalny
Liczba 2 {{displaystyle {{sqrt {2}}}}
nie jest racjonalna. Oto dowód.
- Przyjmijmy, że 2 {{sqrt {2}}} jest racjonalne. Istnieją więc
takie liczby a , b {displaystyle a,b}, że a / b = 2 {displaystyle a/b={sqrt {2}}}. 
. - Możemy tak dobrać a i b, że albo a albo b jest nieparzyste. Gdyby a i b były parzyste, to ułamek można by uprościć (na przykład zamiast pisać 2 4 {displaystyle {{frac {2}{4}}}}).
możemy napisać 1 2 {{displaystyle {{frac {{1}{2}}}}
). - Jeśli obie strony równania zostaną podniesione do kwadratu, to otrzymamy a2 / b2 = 2 i a2 = 2 b2.
- Prawa strona to 2 b 2 {displaystyle 2b^{2}}.
. Ta liczba jest parzysta. Więc lewa strona też musi być parzysta. Zatem a 2 {displaystyle a^{2}} 
jest parzysta. Jeśli liczba nieparzysta zostanie podniesiona do kwadratu, to wynikiem będzie liczba nieparzysta. A jeśli liczba parzysta zostanie podniesiona do kwadratu, to wynikiem będzie również liczba parzysta. Zatem a {displaystyle a}
jest parzyste. - Ponieważ a jest parzyste, można je zapisać jako: a = 2 k {przykład a=2k}
. - Wykorzystujemy równanie z kroku 3. Otrzymujemy 2b2 = (2k)2
- Można skorzystać z reguły wykładania (patrz artykuł) - w wyniku otrzymamy 2 b 2 = 4 k 2 {{displaystyle 2b^{2}}=4k^{2}}.
. - Obie strony są podzielne przez 2. Zatem b 2 = 2 k 2 {{displaystyle b^{2}}=2k^{2}}.
. To oznacza, że b {displaystyle b} 
jest parzyste. - W kroku 2 powiedzieliśmy, że a jest nieparzyste lub b jest nieparzyste. Ale w kroku 4, zostało powiedziane, że a jest parzyste, a w kroku 7, zostało powiedziane, że b jest parzyste. Jeśli założenie, które zrobiliśmy w kroku 1 jest prawdziwe, to wszystkie te inne rzeczy muszą być prawdziwe, ale ponieważ nie zgadzają się ze sobą, nie mogą być wszystkie prawdziwe; to znaczy, że nasze założenie nie jest prawdziwe.
Nie jest prawdą, że 2 {displaystyle {{sqrt {2}}} jest liczbą racjonalną. Zatem 2 {displaystyle {{sqrt {2}}} jest irracjonalne.
Powiązane artykuły
Autor
AlegsaOnline.com Pierwiastek kwadratowy z 2 (√2) — właściwości i zastosowania Leandro Alegsa
URL: https://pl.alegsaonline.com/art/92937