Feladat: Gy.2873 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Becsei András ,  Braun Gábor ,  Deli Tamás ,  Fazekas Miklós ,  Fey Dániel ,  Hegedűs Viktor ,  Juhász András ,  Juhász Sándor ,  Koblinger Egmont ,  Szobonya László ,  Tóth Gábor Zsolt ,  Valkó Benedek 
Füzet: 1994/október, 354 - 355. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Irracionális számok és tulajdonságaik, Algebra alaptétele, Egész együtthatós polinomok, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1993/november: Gy.2873

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Egy racionális szám tizedestört alakjáról tudjuk, hogy periódikus, azaz valahonnan (nem feltétlenül az elejétől) kezdve egy (esetleg csupa nullából álló) számjegysorozat ismétlődéséből áll. Az f-re vonatkozó pozitivitási feltétel miatt itt nem lehetséges, hogy a tört csupa nullára végződjék. Így a megoldáshoz elég azt megmutatni, hogy tetszőlegesen hosszú, egymás utáni nullákból álló sorozat van benne, hiszen ekkor az ismétlődő sorozat csak azonosan nulla lehetne, amit viszont épp az előbb zártunk ki.
Bizonyításunk a következő észrevételen alapul: ha feltételeink teljesülnek, akkor csak véges sok olyan x pozitív szám létezik, amelyre f(x)f(1) igaz.
Ellenkező esetben ugyanis az f(x) polinom végtelen sokszor venne fel 1 és f(1) közti egész értéket, ami azt jelentené, hogy valamelyik 1αf(1) egész értéket magát is végtelen sokszor venné föl. Azaz az f(x)-α=0 egyenletnek végtelen sok megoldása lenne, tehát f(x)-α azonosan nulla volna; ám ez ellentmond annak, hogy f legalább elsőfokú. Észrevételünkből következik, hogy létezik olyan N0 érték, hogy ha x egész és xN0, akkor f(x)>f(1). Válasszuk a d egész számot úgy, hogy 10dN0 teljesüljön.
Legyen f(x)=anxn+...+a0; s írjunk x helyébe (x-1)+1-et, bontsuk föl a zárójeleket, majd rendezzük (x-1) hatványai szerint:

f(x)=anxn+...+a0=an(x-1+1)n+...+a0==an((x-1)n+n(x-1)n-1+...+1)+an-1((x-1)n-1+...)+...+a0==bn(x-1)n+...+b1(x-1)+b0.

Látható, hogy f(1)=b0>0. Válasszuk c-t úgy, hogy 10c>b0, legyen továbbá md szintén egész. Ekkor
f(10m+c+1)=bn10(m+c)n+...+b110m+c+f(1).

Mivel 10m+c+110dN0, azért f(10m+c+1)>f(1), azaz
0<bn10(m+c)n+...+b110m+c=10m+c(bn10(m+c)n-1+...+b1).

A zárójelben álló összeget B-vel jelölve tehát
f(10m+c+1)=10m+cB+f(1),

s itt f(1)<10c, ezért a tízes számrendzserben felírva f(10m+c+1) a következő alakú:
B00...0legalább  mdarab nulla...f(1)legfeljebbc  jegy,

vagyis tartalmaz legalább m darab egymás utáni nullát. Mivel az m tetszőlegesen nagy lehet, így az y szám tizedes tört alakja nem periódikus, tehát szükségképpen irracionális.
Valkó Benedek (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn., III. o. t.) dolgozata alapján