¿Podría un número trascendental ser la raíz de un polinomio con coeficientes algebraicos (no racionales)?

No, eso no es posible. Aquí hay un boceto de la prueba:

Suponga que [matemática] P (x) = \ sum_ {k = 0} ^ {n} a_k x ^ k [/ matemática], donde cada [matemática] a_k [/ matemática] es un número algebraico. Sea [math] t [/ math] cualquier número tal que [math] P (t) = 0 [/ math]. Para simplificar, suponga que [matemáticas] a_n = -1 [/ matemáticas], de modo que [matemáticas] t ^ n = \ sum_ {k = 0} ^ {n-1} a_k t ^ k \ text {} (*) [/matemáticas].

Como cada [matemática] a_k [/ matemática] es algebraica, podemos escribir una ecuación similar para cada [matemática] a_k [/ matemática]:

[matemáticas] \ left (a_k \ right) ^ {b_k} = \ displaystyle \ sum_ {j = 0} ^ {b_k-1} c_ {j, k} \ left (a_k \ right) ^ j \ text {} ( **)[/matemáticas]

(donde cada [math] b_k [/ math] es un número natural, y cada [math] c_ {j, k} [/ math] es un número racional).

Ahora, dejemos que [math] V [/ math] sea el espacio vectorial sobre [math] \ mathbb {Q} [/ math] generado por el siguiente conjunto de vectores:

[matemáticas] \ left \ {t ^ d \ displaystyle \ prod_ {k = 0} ^ {n} \ left (a_k \ right) ^ {d_k}: 0 \ le d_k <b_k; 0 \ le d <n; d_k, d \ in \ mathbb {Z} \ right \} [/ math]

Entonces [math] V [/ math] tiene una dimensión finita, porque es generada por un número finito de vectores.

Ahora considere el conjunto [math] T = \ left \ {t ^ m: m \ in \ mathbb {N} \ right \} [/ math].

Digo que [math] T [/ math] es un subconjunto de [math] V [/ math]. Para probar esto, comience con cualquier [matemática] t ^ m \ en T [/ matemática]. Si [math] m <n [/ math], entonces hemos terminado. De lo contrario, por [math] (*) [/ math], podemos reescribir [math] t ^ m [/ math] como una expresión polinómica que involucra los números [math] a_k [/ math], de modo que los exponentes de [math ] t [/ math] son ​​todos menos que [math] n [/ math]. Luego, por [math] (**) [/ math], podemos reescribir cada potencia de [math] a_k [/ math] como una combinación lineal de poderes de [math] a_k [/ math] cuyos respectivos exponentes son menores que [matemáticas] b_k [/ matemáticas].

Por lo tanto, dado que [math] T [/ math] es un conjunto infinito, que es un subconjunto de [math] V [/ math] que tiene una dimensión finita, entonces hay un subconjunto finito no vacío de [math] T [/ math] que es linealmente dependiente sobre [math] \ mathbb {Q} [/ math]. Por lo tanto, existe un polinomio finito en [matemática] t [/ matemática] con coeficientes racionales que es igual a cero.

Por lo tanto, [math] t [/ math] es algebraico sobre [math] \ mathbb {Q} [/ math], por lo que no es trascendental.

Nociones como algebraica y trancendental son nociones relativas. No hace referencia (o no debería) a racionales específicamente.

Por ejemplo, sqrt {pi} es algebraico sobre R ya que es una raíz del polinomio x ^ 2 – pi, sin embargo, por supuesto, es trancendental sobre Q (¿por qué?).

Por ejemplo, a mi entender, se desconoce si e es algebraico o transendental sobre Q (pi) y la misma pregunta para pi sobre Q (e). Obviamente, ambos son transendentales sobre Q.

No, digamos que t es trascendental sobre los racionales pero es algebraico sobre el cierre algebraico de los racionales (lo cual es cierto si t es la raíz de un polinomio con coeficientes algebraicos).

Sin embargo, dado que el cierre algebraico de los racionales está cerrado algebraicamente, contiene todas las raíces de polinomios sobre sí mismo, por lo que debe contener t. Cualquier número contenido en el cierre algebraico de los racionales es algebraico sobre los racionales y, por lo tanto, debe ser algebraico, una contradicción ya que t fue elegido para ser trascendental.

Por lo tanto, podemos concluir que t no es una raíz de un polinomio con coeficientes algebraicos.

No.

Los números algebraicos forman un campo cerrado algebraicamente. Se cierra bajo suma, resta, multiplicación, división (excepto por cero) y la toma de una raíz racional. Cualquiera de estos polinomios con coeficientes algebraicos podría transformarse en uno con coeficientes enteros, y si es la raíz de un polinomio con coeficientes enteros, no es trascendental.

Interpreto la noción “coeficientes algebraicos” como “coeficientes, que son números algebraicos”, es decir, números que son algebraicos sobre [math] \ mathbb Q [/ math]. Con esta interpretación la respuesta es no. Los números algebraicos son elementos del cierre algebraico [math] \ overline {\ mathbb Q} [/ math] de [math] \ mathbb Q [/ math]. Cada raíz de un plinomio, que está en el anillo polinomial [matemática] \ overline {\ mathbb Q} [X] [/ math], se encuentra en [math] \ overline {\ mathbb Q} [/ math], porque hay no es una extensión de campo algebraico real de [math] \ overline {\ mathbb Q} [/ math]. Cada polinomio irreductible no trivial en [math] \ overline {\ mathbb Q} [X] [/ math] tiene grado 1, por lo que cada extensión de campo algebraico de [math] \ overline {\ mathbb Q} [/ math] tiene grado 1. Este campo no contiene más de [math] \ mathbb Q [/ math] número trascendental.