• ベストアンサー

すごく緊急です!わかる方お願いします。

すごく緊急です!わかる方お願いします。 cos20°が無理数であることを途中まで証明してあるので続きを書けという問題です。 問題 3倍角公式を用いて cos60°=4(cos20°)^3-3cos20°   →8(cos20°)^3-6cos20°=1 cos20°=x cos20°は8x^3-6x=1の解…(1) (1)が有理数解を持たないことを示せばよい。 2x=zとおくとz^3-3z=1…(2) この続きがわかりません。よろしくお願いします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • nag0720
  • ベストアンサー率58% (1093/1860)
回答No.1

背理法で証明できます。 z^3-3z=1 が有理数解を持つとして、 z=m/n(m/nは既約分数)とすれば、 (m/n)^3-3m/n=1 m(m^2-3n^2)=n^3 あとは御自分で。 mとnとは同じ素因数を持たないことから、矛盾が導かれます。

dark-rose
質問者

お礼

助かりました!有難うございます。

関連するQ&A

  • 三角関数の有理性(cosθ)

    度数表記の自然数の角度について cosθが有理数になるθを調べています。 おそらく、cos(60°+360°×n)のみ有理数となると考えています。 (この事実ではなく、証明方法に関心があります。) 教えて頂きたいのは、 ・以下の議論に間違いがないか ・cos100°(またはcos80°)が有理数か無理数か ・他に、cos60°のみが有理数であることを示す方法はないか です。 以下、とても長くなります。 時間がありましたらよろしくお願いします。 2倍角の公式cos(2θ)=2(cosθ)^2-1から 【補題A】---------------------------------- cosθが有理数⇒cos(nθ)が有理数(nは自然数) -------------------------------------------- であることがわかります。この補題の対偶を考えることにより 【定理B】---------------------------------- 自然数の角度θに対して、 cosθが無理数⇒θの約数αに対してcosαは無理数 -------------------------------------------- が成り立ちます。 さらに、 cos(180°+ θ)=-cosθ、 cos(180°- θ)=-cosθ より、調べるθは1°~89°までで良いことがわかります。 また、cos(180°-θ )とcosθの有理性が一致することもわかります。 cos(-θ)=cosθより、cos(-θ)とcosθの有理性も一致します。 さて、cos72°が無理数であることがわかっています。 定理Bより、cos36°も無理数です。 すると、 cos(180°×n + 36°)=cos36°(5n + 1) cos(180°×n - 36°)=cos36°(5n - 1) cos(180°×n + 72°)=cos36°(5n + 2) cos(180°×n - 72°)=cos36°(5n - 2) の4つの式の左辺の値は無理数なので、定理Bより、 cos(5n±1)°、coscos(5n±2)°は無理数です。 【補題C】---------------------------------- 自然数の角度θに対して、 cosθが有理数⇒θは5の倍数 -------------------------------------------- 同様の考え方より、 cos45°が無理数であることがわかっているので、 cos(180°×n + 45°)=cos45°(4n + 1) cos(180°×n - 45°)=cos45°(4n - 1) より、奇数θについては、cosθが無理数であることがわかります。 【補題D】---------------------------------- 自然数の角度θに対して、 cosθが有理数⇒θは2の倍数 -------------------------------------------- 補題Cと補題Dから 以降調べる必要がある角度10°の倍角、 10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80° であり、特に、30°と60°についてはそれぞれcosの値がわかっています。(cos60°は有理数、cos30°は無理数) そこで、10°、20°、40°、50°、70°、80° について調べます。 この6つの角度の最小公倍数(公倍角というべき?)は 2800°で、2800°≡100°(mod 180°)です。 そこで、cos100°またはcos80°が無理数であることが示せれば、 cos2800°は無理数であることがわかり、 定理Bから、10°、20°、40°、50°、70°、80° も無理数となります。 これで目標が示せると思うのですが、 cos100°の値を求める方法がわかりません。 cos150°が無理数であることがわかっているので、 定理Bよりcos50°やcos10°も無理数ですので、 10°、20°、40°、50°、70°、80°から cos10°、cos50°を除いて同様に考えると、 cos560°≡cos20°に帰着されますが、 今後はcos20°でつまづいてしまいます。 また、例えば、 仮に、89!/60を180で割った余りωが求められれば、 定理Bからcosωについて無理数であることを示すだけでよい(ωを求めることの方が難しい?)ように、その他のアプローチ方法も発見できれば嬉しいです。 以前、tanに関する同様の問題についてアドバイスを頂き、 とても参考になりました。その考え方を参考にしながら、 今度はcosについて考えているのですが、 あと一歩のところで辿りつけないでいます。

  • 半角公式と倍角公式について

    以下の問題について倍角公式を逆に考えればいいと教えていただいたのですが、倍角公式をどう逆にして半角公式を証明したらいいかがわかりません教えていただけないでしょうか?よろしくお願いします 1)SIN^2(α/2)=1-COSα/2 2)COS^2(α/2)=1+COSα/2 3) SIN(α/2)COS(α/2)=SINα/2

  • cos(有理数*2π)=有理数となるのはどういったときですか

    先日、tan1°、sin1°が無理数であるとのご回答を いただきました。 http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2209804 cos(n°)が有理数になるのは、1≦n≦89の範囲では、n=60のときになるときだけ、と自分自身で考えたことをお礼の欄で述べましたが、それはしらみつぶしの方法でした。 改めて、cos(2π*p/q)が有理数となる場合はどういったときか、を教えていただきたいです。以後、孤度法を用います。 sinやtanも気になりますが、とりあえずcosがやりやすそうです。 孤度の(有理数*2π)を区間[0,π/2]上の点に限ると、 結論は、次の場合のみであろうと僕は思います。 cos(0)=(-1),cos(π/3)=1/2,cos(π/2)=0 さて、それを示したいのですが、cos(nθ)はcosθの整数係数n次多項式でかけると言うn倍角の公式があります。 http://www004.upp.so-net.ne.jp/s_honma/inequality/tschebyscheff.htm をみると、その最高次の係数は、2^(n-1)です。 定数項は、0または±1です。 つまり、文字を自然数として、 cos(2π*p/q)=r/s と仮定したとき、左辺のq倍角は、 1=cos(2π*p)=[cos(2π*p/q)を変数とする整数係数q次多項式、最高次の係数は2のベキ] になりますが、それが有理数解r/sを持つなら、分母のsは2のベキになることが分かります。 ここで、分母が2のときは、cos(π/3)=1/2などの解がある。 分母が4のときは、・・・、うーん、ここでつまりました。 別の解法でもいいですので、ヒントでもいいですので、tanなどの場合でもいいですので、なにかご教授いただけないでしょうか?

  • 関数

    f(x)=cosx+cos√2x f(x)=f(0)を解け。ただし√2が有理数でないことを使ってよい まずx=0は明らかに解とわかりました そのあと和積で cos{(√2+1)/2}cos{(√2-1)/2}=1と変形しましたが他の解があるようには思えません。 この問題に0以外の解が存在するのでしょうか もし存在するのなら考え方を教えてください

  • 複素数の別解を教えてください

    こんな問題が入試で出ました。 z=cos72°+i*sin72°のとき、 (1) z^5=ア z^4+z^3+z^2+z=イ (2) (1)より、 cos72°+cos144°=ウ cos72°*cos144°=エ (3) よって cos72°=オ cos36°=カ 解けるのは解けたのですが、私はウを求めてから、オを求めてエ→カの順序で解きました。 ウを求めたあと、2倍角の公式でcos72°を求めたのです。 (2)を見たときに、解と係数の関係を思いついたのですが、結局使わず解けました。 ウ→エ→オ→カの順序で解ける別解法があれば教えてください。

  • ペル方程式の自然数解と有理数解

    Dを平方数でない自然数とするとき、ペル方程式 x^2-Dy^2=1 は非自明な整数解(x,y)∈Z^2、特に自然数解(x,y)∈N^2を持つことは有名な事実です。Dirichlet原理(無理数の整数周期性の非存在)を用いた抽象論的証明や、二次無理数の(正則)連分数展開の周期性を用いた構成的証明が知られていると思いますが、非自明な有理数解でよいのなら、 (x,y)=((D+n^2)/(D-n^2),2n/(D-n^2))が確かに解を与えることは直ちにわかります。必要というわけではないですが、n^2<D<(n+1)^2としておきます。 もちろん(D+n^2)/(D-n^2)と2n/(D-n^2)が自然数になるようなD、たとえば、D=2,3,5,6,8,10,…などは非自明な自然数解の存在も同時にわかるわけですが、たとえばD=7などでは自然数解の存在まではこれだけではわかりません。そこで、有理数解の存在を既知とした場合、それから自然数解の存在を導く証明はないのか、と考えたのですが、思いつきませんでした。もし何かよい方法があればご教授いただけませんか?

  • 解いていただけませんか?(緊急)

    x+y+-3z-4w=-1 2x+y+5z+w=5 3x+6y-2z+w=8 2x+2y+2z-3w=2 という式に対して (1)係数行列の逆行列を求める方法で解を求めろ。 (2)クラメルの公式を適用して解を求めろ。 の二問がありますが複雑すぎて解けません。 どなたかやっていただけませんか? ただ一番上の式のyの係数がマイナスの可能性もあります。 とにかくよろしくお願いします。

  • sin(π^2)

    sin(π^2)やcos(π^2)は有理数ですか?それとも無理数ですか? またそのどちらかだったとき、その証明はどうやってやるのでしょうか?

  • 証明問題

    x^2+y^2=1 (x>=0,y>=0) のすべての有理数解(x,yが共に有理数)は、 x=(1-x^2)/(1+x^2),y=2t/(1+x^2) (tは0=<t=<1,有理数) であることを示せ。 背理法で証明するのかと思いました。 x=(1-x^2)/(1+x^2),y=2t/(1+x^2)  以外に有理数解が存在するとする。 として考えていこうと思いましたが、このあとどう矛盾を導けばよいか 分かりません。また、別の考え方があるとおもうので、教えてもらえればと おもいます。

  • ある大学入試にて

    a,b,cを奇数とし、xについての二次方程式ax^2+bx+c=0に関して、 (1)この二次方程式が有理数の解q/pをもつならば、pとqはともに奇数であることを証明せよ。ただしq/pは既約分数。  【この問題は解けました。】 (2)この二次方程式が有理数の解をもたないことを(1)を用いて照明せよ。 上の問題はある大学の過去に出題された問題なのですが、(1)でこの式はpとqがともに奇数である有理数の解をもつと証明されているのに、何故(2)をする必要があるのですか? する必要が無いと思うのですが。 もしよければ、証明法を添えて、教えてもらえれば幸いです。