以超越數(shù)為研究對(duì)象的數(shù)論分支之一。全體復(fù)數(shù)可分為兩大類:代數(shù)數(shù)和超越數(shù)。如一個(gè)復(fù)數(shù)是某個(gè)系數(shù)不全為零的整系數(shù)多項(xiàng)式的根,則稱此復(fù)數(shù)為代數(shù)數(shù)。不是代數(shù)數(shù)的復(fù)數(shù),叫做超越數(shù)。J.劉維爾開創(chuàng)了對(duì)超越數(shù)的研究,他發(fā)現(xiàn)無理代數(shù)數(shù)的有理數(shù)逼近的精密性有一個(gè)限度,借此他于1844年構(gòu)造出歷史上第一批超越數(shù),例如超越數(shù)論
對(duì)g=2,3,…都是超越數(shù)。早在1844年以前的一個(gè)世紀(jì)里,對(duì)無理數(shù)的研究已成為一個(gè)注意焦點(diǎn)。1744年,L.歐拉證明了自然對(duì)數(shù)的底e是無理數(shù)。1761年,J.H.朗伯證明了圓周率π是無理數(shù)。 1873年,C.埃爾米特證明了e是超越數(shù),從而使超越數(shù)論進(jìn)入一個(gè)新階段。1882年,F.von林德曼推廣了埃爾米特的方法,證明了π 是超越數(shù),從而解決了古希臘的“化圓為方”問題。 19世紀(jì)超越數(shù)論的最高成就,是林德曼-外爾施特拉斯定理:如果α1,α2,…,αn是兩兩不同的代數(shù)數(shù),β1,β2,…,βn是非零代數(shù)數(shù),則
超越數(shù)論
(1)由此可以導(dǎo)出,如果α1,α2,…,αn在無理數(shù)域Q上線性無關(guān),則超越數(shù)論
代數(shù)無關(guān)(即它們不適合任一其系數(shù)為有理數(shù)的多項(xiàng)式方程)。由(1)可知,如α是非零代數(shù)數(shù),則sinα,cosα,tanα都是超越數(shù);如α是不等于0和1的代數(shù)數(shù),則自然對(duì)數(shù)lnα是超越數(shù)。 1900年,D.希爾伯特提出的23個(gè)問題中的第7問題是:如果α是不等于0和1的代數(shù)數(shù),β是無理代數(shù)數(shù),那么αβ是否超越數(shù)?D.希爾伯特曾預(yù)言,這個(gè)問題的解決將遲于黎曼猜想和費(fèi)馬大定理。A.O.蓋爾豐德于1929年證明了:若α是不等于零和1的代數(shù)數(shù),β是二次復(fù)代數(shù)數(shù),則αβ是超越數(shù),特別地,超越數(shù)論
是超越數(shù)。P.O.庫茲明于1930年把這個(gè)結(jié)果推廣到β是二次實(shí)代數(shù)數(shù)的情形,特別地,超越數(shù)論
是超越數(shù)。1934年,A.O.蓋爾豐德和T.施奈德獨(dú)立地對(duì)希爾伯特第7問題作出了肯定回答,此即所謂蓋爾豐德-施奈德定理。由此可知,若α是正有理數(shù),則常用對(duì)數(shù)lgα不是有理數(shù),便是超越數(shù);更一般地,對(duì)非零代數(shù)數(shù)α1,α2,β1,β2,若lnα1,lnα2在Q上線性無關(guān),則 超越數(shù)論
1966年A.貝克把這個(gè)結(jié)果推廣到任意多個(gè)對(duì)數(shù)的情形,證明了下述重要結(jié)果:若α1,α2,…,αn是非零代數(shù)數(shù),且lnα1,…,lnαn在Q上線性無關(guān),則1,lnα1,…,lnαn在所有代數(shù)數(shù)所成的域坴上線性無關(guān)。其推論有:①若代數(shù)數(shù)的對(duì)數(shù)線性組合(其系數(shù)為代數(shù)數(shù))不等于零,則必為超越數(shù)。②若α1,α2,…,αn,β0,β1,…,βn是非零代數(shù)數(shù),則超越數(shù)論
是超越數(shù)。③若 α1,α2,…,αn是不為0和1的代數(shù)數(shù),β1,β2,…,βn是代數(shù)數(shù),且1,β1,β2,…,βn在Q上線性無關(guān),則超越數(shù)論
是超越數(shù)。A.貝克的理論還有定量形式,對(duì)數(shù)論許多分支有著重要應(yīng)用。例如,第一次對(duì)幾類很廣的不定方程給出解的絕對(duì)值的有效上界,以及用以定出所有類數(shù)為 1和 2的虛二次域。前者是對(duì)于希爾伯特第10問題的肯定方面的實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)。1970年A.貝克獲費(fèi)爾茲獎(jiǎng)。代數(shù)數(shù)的有理逼近是超越數(shù)論的重要課題(見丟番圖逼近)。由林德曼-外爾施特拉斯定理發(fā)展而成的西格爾-希德洛夫斯基理論,對(duì)于證明一類適合線性微分方程組的冪級(jí)數(shù)的值的代數(shù)無關(guān)性,建立了一般的方法。例如,令 超越數(shù)論
超越數(shù)論若λ是異于負(fù)整數(shù)和超越數(shù)論
的有理數(shù),則對(duì)于任何非零代數(shù)數(shù)α,Kλ(α)和K懁(α)代數(shù)無關(guān)。 超越數(shù)的測(cè)度理論是超越數(shù)論的又一個(gè)重要內(nèi)容。1874年,G.康托爾引進(jìn)了可數(shù)性的概念,而導(dǎo)致了“幾乎所有”的實(shí)數(shù)(復(fù)數(shù))都是超越數(shù)的結(jié)論。1965年,Β.Γ.普林茹克證明了K.馬勒爾在1932年提出的猜想:對(duì)于幾乎所有的實(shí)數(shù)θ、任意的正整數(shù)n 和正數(shù)ε,至多有有限多個(gè)n次整系數(shù)多項(xiàng)式p(x),使得超越數(shù)論
其中h是p(x)的諸系數(shù)的絕對(duì)值的最大值。 超越數(shù)論的最新發(fā)展使用著來自交換代數(shù)、代數(shù)幾何、多復(fù)變函數(shù)論、甚至上同調(diào)理論的方法,正處于活躍之時(shí)。許多著名問題,例如,沙魯爾猜測(cè):若復(fù)數(shù)ζ1,…,ζn在Q上線性無關(guān),則由超越數(shù)論
在Q上生成的域的超越次數(shù)至少為n,及其特例關(guān)于e和π的代數(shù)無關(guān)性(甚或看來似乎容易得多的e+π的超越性),以及歐拉常數(shù) 超越數(shù)論
的超越性的猜測(cè),至今都未解決。 參考書目
A.Baker,Transcendental Number Theory, Cambridge Univ. Press, 1975.
A.Baker and D.W.Masser, ed.,Transcendence Theory:Advances and Applications, Academic Press, New York,1977.