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高校数学問題
文献あり

実数の指数タワーの逆数和は超越数か (筆者のお気持ちふりがな付)

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$$ 関数\;\;f_{m(x)} := \underbrace {x^{ x^{\cdots x} } } _{m個}とすると、 \sum_{m=1}^{\infty} \frac{1}{f_{m(n)}} は無理数である。 (n\in \mathbb{R}\;\; ,\;\;n \gt e^{\frac{1}{e}}) $$

収束性

$$ n \gt e^{\frac{1}{e}} ならば、\sum_{m=1}^{\infty} \frac{1}{f_{m(n)}}は収束する。 $$

収束性

$$ a_m={f_{m(n)} }とする。 \lim_{m \to \infty} \frac{\frac{1}{a_{m+1}}}{\frac{1}{a_m}}=\lim_{m \to \infty} \frac{a_m}{n^{a_{m}}}である。 $$
$$ \\また、{a_m}は上に有界でない単調増加列であるから、 $$
$$ \lim_{m \to \infty} a_m \rightarrow \inftyである。 \\ さらに、n \gt e^{\frac{1}{e}}であるから、 $$
$$ 以上より\lim_{m \to \infty} \frac{\frac{1}{a_{m+1}}}{\frac{1}{a_m}}は0に収束する。 $$
$$ \\よって、級数は収束する。\color{blue}【ダランベールの収束判定法を使ったよ!】 $$

超越性

$$ b_1=1,b_m=n^{b_{m-1}}とする。 {b_m}: 1,n,n^n \cdots \color{blue}【綺麗な数列を式で表してみる!】 $$

$$ \lim_{m \to \infty} \frac{b_{m+1}}{b_m}=\infty \: \cdots※ \:より、 $$
$$ g(x)=\sum_{k=1}^{\infty} x^{b_k} は空隙級数である。\color{blue}【超越数(無理数)をつくる関数をつくった】 $$

$$ \\よって代数的数αが0\lt\left |α \right |\lt 1を満たすとすると、g(α)は超越数であり、 $$
$$ \\α=\frac{1}{n}は条件を満たす。\color{blue}【xに超越数をつくる値を代入したい】 $$
$$ \\\; \sum_{k=1}^{\infty} \frac{1}{n^{b_k}}= \sum_{m=1}^{\infty}\frac{1}{f_{m(n)}}であるから、\sum_{m=1}^{\infty}\frac{1}{f_{m(n)}}は超越数である。\color{blue}【同値だから超越数!やったね!】 $$

※の部分!

$$ b_1=1,b_m=n^{b_{m-1}}とする。 \lim_{m \to \infty} \frac{b_{m+1}}{b_m}=\infty\:\:である。{b_m}: 1,n,n^n \cdots \\ $$
$$ \color{blue} 【g(x)が超越数をつくるために満たすべき条件で、めちゃくちゃ早く大きくなるということ!】 $$

$$ \lim_{m \to \infty} \frac{b_{m+1}}{b_m}=\lim_{m \to \infty} \frac{n^{b_{m}}}{b_m}である。 $$
$$ \\また、{b_m}は上に有界でない単調増加列であるから、 \lim_{m \to \infty} b_m \rightarrow \inftyである。 $$
$$ \\ さらに、n \gt e^{\frac{1}{e}}である。 $$
$$ 以上より\lim_{m \to \infty} \frac{b_{m+1}}{b_m}は正の無限大に発散する。 $$

$$ f_{m(x)} := \underbrace {x^{ x^{\cdots x} } } _{m個}とすると、 \sum_{m=1}^{\infty} \frac{1}{f_{m(n)}} は無理数である。 (n\in \mathbb{R}\;\; ,\;\;n \gt e^{\frac{1}{e}})    $$

?

$$ e^{ \frac{1}{e}}より大きい実数なら指数タワーで超越数を作れるということが分かりました。(非加算無限個) $$

あとがき

疲れたぁ!2カ月ぶりに書きました。
(私としては、そんなに詳しく書けてないと思うので、
どんどん追記されていくと思います。)

追記 6/20/2023
仕様変更(?)によって、改行ができていなかったので、
改行し直してみやすくしました。

参考文献

投稿日:20221119

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投稿者

ただのMtFです まだ初めて1年も経ってないですが、頑張ります!! 間違いだらけなので指摘してください、お願いします

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