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03 luglio 2021

Controlli di parità e irrazionalità di \sqrt{3}

Le dimostrazioni usuali dell'irrazionalità di \sqrt{3} (per discesa infinita o per fattorizzazione unica) si basano su argomenti che funzionano "modulo 3". 

Sorprendentemente, è possibile dare la seguente dimostrazione che si basa esclusivamente su argomenti di parità, dunque che funziona "modulo 2". Questo la rende qualitativamente differente dalle dimostrazioni citate sopra [1].

Supponiamo \sqrt{3}=a/b, con a,\, b interi positivi senza fattori comuni. Allora a^2=3b^2 e, siccome a e b non possono essere entrambi pari, segue che devono essere entrambi dispari. 

Ponendo a=2n+1 e b=2m+1 si ottiene dunque 4m^2+4m+1 = 3(4n^2+4n+1).

Sviluppando i calcoli, sottraendo 1 ad ambo i membri e dividendo per 2, ricaviamo 2m^2+2m = 6n^2+6n+1. Ciò è assurdo, dato che il termine di sinistra è un intero pari, mentre quello di sinistra è dispari. 

Esattamente lo stesso argomento mostra che, se k è un intero positvo tale che k \equiv 3 (\operatorname{mod} 4), allora  \sqrt{k} è irrazionale.

Per  gli altri interi k non quadrati, la situazione è più delicata. Se k=5, l'argomento di parità funziona ancora con una semplice modifica: partendo da 4m^2+4m+1 = 5(4n^2+4n+1), sottraendo 1 e dividendo per 4 si ottiene m^2+m = 5n^2+5n+1, di nuovo una contraddizione dato che m²+m = m(m+1) è sempre pari, mentre  5n²+5n+1 = 5n(n+1)+1 è sempre dispari.

Tuttavia, non c'è modo (mi sembra) di adattare il metodo per  k=17.

Domanda: è possibile dimostrare che \sqrt{17} è irrazionale utilizzando esclusivamente argomenti modulo 2 (cioè, "controlli di parità")?

Riferimenti.
[1] 
https://math.stackexchange.com/questions/4188429/novel-proof-of-the-irrationality-of-sqrt3

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