Matematika pro poučení i pro zábavu

Nedělejte si starosti ohledně vašich potíží v matematice. Můžu vás ujistit, že ty moje jsou ještě větší.
Albert Einstein v dopise středoškolačce Barbaře Lee Wilsonové 7. 1. 1943

Matematika je krásná: Co bylo pravda včera, je pravda i dnes.
Jaroslav Kurzweil při převzetí České hlavy v r. 2006

Popularizační přednášky Zábavné úlohy Trojrozměrný kalendář na rok 2020 Česká digitální matematická knihovna Další odkazy

Úlohy pro zábavu i pro poučení

Druhá odmocnina ze dvou není racionální číslo

Racionální číslo je reálné číslo, které lze vyjádřit jako podíl dvou celých čísel. Již ve starověku bylo známo, že odmocnina ze dvou není racionální číslo. Umíte to dokázat?

Řešení

Důkaz snadno provedeme sporem. Budeme předpokládat, že odmocnina ze dvou je racionální číslo, a z tohoto předpokladu odvodíme nepravdivý závěr. Nechť tedy platí $\sqrt2={m\over n}$, kde $m$, $n$ jsou celá čísla. Můžeme zároveň předpokládat, že čísla $m$, $n$ jsou kladná a nesoudělná. Kdyby měla společného dělitele, např. $k$, platilo by $m=km_1$, $n=kn_1$, tj. $\sqrt2={km_1\over kn_2}={m_1\over n_2}$, přičemž $m>m_1$ a $n>n_1$. Kdyby ani $m_1$, $n_1$ nebyla nesoudělná, budeme pokračovat stejně dále. Postupně bychom tak dostali $\sqrt2={km_1\over kn_1}={m_1\over n_1}={km_2\over kn_2}={m_2\over n_2=\dots}$. Protože je $m>m_1>m_2>\dots\ge1$, dospějeme tak po konečném počtu kroků k podílu dvou nesoudělných celých čísel. Nechť tedy $\sqrt2={m\over n}$, kde $m$, $n$ jsou celá kladná nesoudělná čísla. Pak $2={m^2\over n^2}$, tj. $2n^2=m^2$. Číslo $m^2$ je tedy sudé, a tedy i $m$ musí být sudé, tj. $m=2p$, kde $p$ je celé číslo. Platí tedy $2n^2=(2p)^2$, tj. $n^2=2p^2$, takže i číslo $n$ musí být sudé. Z předpokladu, že $\sqrt2={m\over n}$, kde $m$ a $n$ jsou nesoudělná, jsme odvodili, že $m$ a $n$ jsou dělitelná $2$. Náš předpoklad, že $\sqrt2$ lze vyjádřit jako podíl dvou celých čísel, tedy byl nutně nepravdivý.