보조정리 1: For all a, b, c ∈ Z with a ≠ 0, if gcd(a, b) = 1 and gcd(a, c) = 1 then gcd(a, b * c) = 1.

증명.

적당한 정수 x, y, u, v가 존재하여 1 = a * x + b * y이고 1 = a * u + c * v가 성립합니다.

따라서 1 = (a * x + b * y) * (a * u + c * v) = a * (a * u * x + c * v * x + b * y * u) + (b * c) * (y * v)이므로 gcd(a, b * c) = 1입니다.



정리 1: p가 소수이고 m > 1이면 p^(1 / m)는 무리수입니다.

증명.

p^(1 / m) = a / b인 0이 아닌 두 정수 a, b가 있다고 가정합시다.

일반성의 손실 없이 gcd(a, b) = 1이라고 가정합시다.

그러면 보조정리 1에 귀납법을 때려서 gcd(a, b^m) = 1임을 증명할 수 있습니다.

마찬가지로 보조정리 1에 귀납법을 때려서 gcd(a^m, b^m) = 1임을 증명할 수 있습니다.

b^m * p = a^m이므로 b^m | a^m이고 1 = gcd(a^m, b^m) = b^m임을 알 수 있습니다.

따라서 p = a^m입니다.

그런데 a | a^m = p이므로 a = 1이거나 a = p입니다.

a = 1이면 p = 1이어서 모순이고 a = p이면 m = 1이어서 모순입니다.