Panorama 26. 4. 2013

Noch einmal Fundamentalsatz der Algebra

Wir haben uns noch den Beweis von Argand in «Essai sur une manière de représenter les quantités imaginaires dans les constructions géométriques» (1874), Abschnitt 31 (S. 58-59), angesehen. Wir kannten ihn schon aus einer modernen Darstellung im Königsberger, Analysis I.  Im Vergleich fiel auf:

• Argand zeigt, dass ein nicht konstantes Polynom in keiner komplexen Zahl, bei der es nicht verschwindet, ein Betragsminimum haben kann.  Das aber überhaupt das Betragsminimum angenommen wird, wird nicht problematisiert.
• Argand setzt noch Variablen auf unendlich kleine Werte.
• Argand betrachtet explizit nur den Fall, dass der lineare Term der Entwicklung des Polynoms in dem betrachteten Punkt nicht verschwindet, und schreibt, ansonsten gehe es durch Betrachten des nächsten nicht verschwindenden Terms ebenso, obwohl man argumentieren kann, dass letzter Fall gerade der Interessante ist.

Zwischenspiel zum Unendlichen

Als Beispiel für das Unendliche in der Mathematik haben wir uns den Satz von Euklid, dass es unendlich viele Primzahlen gibt, mit dem üblichen Beweis angesehen.  Es ist zu beachten, dass man dabei gar nicht von unendlichen Mengen reden muss, es wird gezeigt, dass es zu endlichen vielen Primzahlen immer noch eine weitere gibt.

Mengenlehre

Während wir gewohnt sind, beispielsweise Kurven in der Ebene als Punktmengen aufzufassen, scheint diese Vorstellung bei Gauß noch nicht vorhanden gewesen zu sein. Die Mengenlehre wie wir sie kennen wurde von Georg Cantor (1845-1918) ab 1872 begründet. Ich habe seine Arbeit „Ueber eine Eigenschaft des Inbegriffs aller reellen algebraischen Zahlen“ mit nur leicht modifiziertem Beweis präsentiert.  Er gibt dort einen neuen Beweis für den Satz, dass es in jedem Intervall reeller Zahlen eine transzendente Zahl gibt.  Dazu zeigt er:

1. Es gibt eine Folge $(a_n)_n$ algebraischer Zahlen, in der jede algebraische Zahl vorkommt.
2. Ist $(a_n)_n$ eine Folge reeller Zahlen und $(l,r)$ ein Intervall in $\mathbb R$, $l<r$, so existiert ein $x\in(l,r)$, so dass $x\ne a_j$ für alle $j$.

Er zeigt also, in heutigen Begriffen, die Cantor eben dort zu entwickeln begann, dass die Menge der algebraischen Zahlen abzählbar ist, ein Intervall reeller Zahlen aber nicht.  Der Beweis des zweiten Aussage benutzt wesentlich die Vollständigkeit der reellen Zahlen. (Es ist nicht das bekannte Diagonalargument, an das wir in der nächsten Sitzung noch einmal erinnern werden.)