Théorème de Lindemann-Weierstrass
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En mathématiques, le théorème de Lindemann-Weierstrass établit que si des nombres algébriques α1, … , αn sont linéairement indépendants sur le corps Q des nombres rationnels, alors leurs exponentielles eα1, … , eαn sont algébriquement indépendantes sur Q. En d'autres termes, l'extension Q(eα1, … , eαn) de Q est transcendante de degré n.
Une formulation équivalente du théorème est la suivante[1] : si α0, … , αn sont des nombres algébriques distincts alors eα0, … , eαn sont linéairement indépendants sur le corps Q des nombres algébriques, c'est-à-dire : pour tous nombres algébriques ai non tous nuls.
En 1882, ce théorème fut annoncé par Ferdinand von Lindemann à la fin de son article sur le cas particulier n = 1, et fut aussitôt démontré par Karl Weierstrass, qui diffusa son manuscrit mais différa jusqu'en 1885 sa publication[2],[3].
En 1882, Lindemann avait esquissé[2] la preuve du fait que pour tout nombre algébrique a non nul, le nombre ea est transcendant (ce qui redémontrait que e est transcendant et prouvait que π l'est aussi). C'est le cas n = 1 du théorème démontré par Weierstrass.
En effet (avec la première formulation),
- a est non nul équivaut à : l'ensemble {a} est linéairement libre sur Q, et
- ea est transcendant équivaut à : l'ensemble {ea} est algébriquement libre sur Q
En utilisant la seconde formulation, on peut le réécrire :
- a est non nul équivaut à : 0 et a sont distincts, et
- ea est transcendant équivaut à : e0 et ea sont linéairement indépendants sur Q.