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解法: 補助関数によるゲルフォント・シュナイダーの超越性証明(1934年)

ステップ 4/7: Φ\Phi は恒等的にゼロではない:最初の非零導関数を取り出す
ざっくり言うと

Siegel の補題は多項式 GG がゼロ多項式でないことを保証するが、それだけでは得られる関数 Φ(z)=G(ez,eβz)\Phi(z)=G(e^z,e^{\beta z}) がゼロ関数でないことは自動的には保証されない——そのためには先に確立した eze^z と eβze^{\beta z} の代数的独立性が必要である。それらが独立であるため、非零の多項式 GG が恒等的にゼロの関数 Φ\Phi を生み出すことは決してない。

したがって Φ\Phi は、選ばれた点の一つ——たとえば z0=0z_0=0——において消えることに失敗する最小の位数 s≤Ls\le L を本当に持つ。この唯一の非零の値 Φ(s)(0)\Phi^{(s)}(0) こそが、証明の残りが両側から絞り込む鍵となる数である。

Φ(s)(z0)≠0 for some smallest s≤L\Phi^{(s)}(z_0) \ne 0 \ \text{for some smallest } s \le L
詳しい解説

eze^z と eβze^{\beta z} が KK 上代数的独立であり(ステップ2)、GG が KK に係数を持つ非零多項式である(ステップ3、Siegel の補題)ため、合成した Φ(z)=G(ez,eβz)\Phi(z)=G(e^z,e^{\beta z}) は恒等的にゼロの関数ではあり得ない——もしそうであれば、GG 自体が ez,eβze^z,e^{\beta z} の間の非自明な代数的関係の証拠となり、独立性と矛盾する。

構成により Φ\Phi は各 z0,…,zmz_0,\dots,z_m において少なくとも LL 位まで消えるが(ステップ3)、これは非零の整関数であるため、いたるところで無限位まで消えることはできない。必要ならば点 z0,…,zmz_0,\dots,z_m を付け替えることで、Φ\Phi の z0z_0 における消失位数がこれらの点の中で最小であると仮定でき、それを s≤Ls\le L とする;すると Φ(s)(z0)≠0\Phi^{(s)}(z_0)\ne0 であり、t<st<s に対して Φ(t)(z0)=0\Phi^{(t)}(z_0)=0 である(Siu、主定理の証明)。便宜上 z0=0z_0=0 となるよう座標を平行移動すると、この唯一の非零代数的数 Φ(s)(0)∈K\Phi^{(s)}(0)\in K が議論全体の要となる:あとはすべて ∣Φ(s)(0)∣|\Phi^{(s)}(0)| を上下両方から評価することに帰着する。

次の二つのステップが、まさにそのような上下の評価を与える:複素解析による上界(Jensen の公式を通じて、Φ\Phi が多くの点の近くで小さいことを用いる)と、代数的整数論による下界(非零の代数的整数があまり小さくなり得ないことを用いる)である。