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0是不是有理数,什么是有理数?


文章编号:725 / 更新时间:2022-12-08 18:45:15 / 浏览:

前面,我们在《无理数的认识》那一讲中曾经谈到,人们知道无理数已经有很长的历史了,可是要清晰地表达无理数却是相当困难的。事实上,要能够清晰地表达无理数,首先要变换有理数的表达方式。我们曾经称可以表示为m/n的数为有理数,其中m,n∈Z,n≠0。当然,在这个基础上是可以定义无理数的,比如,称不能表示为分数形式的数为无理数,但是这个定义实在是很难判断,特别是与数轴之间很难建立起对于关系。因此,我们首先建立能与数轴对应的有理数的定义,这就需要用小数来定义有理数。那么,分数与小数之间有什么关系呢?一个(0,1)上的小数可以一般地表示为

两种形式,其中a1 0是不是有理数,什么是有理数?,a2,…,ap是取值0或者1到9的自然数。我们称A为有限小数,B为无限小数。可以发现,有的分数可以化为有限小数,有的分数虽然不能化为有限小数,但是去能化为循环的无限小数,比如,

等等。这个表达是不是具有一般性呢?也就是说,是否“所有的分数都可以化为有限小数或无限循环小数”呢?答案是肯定的,我们来证明这个结论。

考虑分数m/n,不失一般性,我们假定m

那么,现在是否就可以用“有限和无限循环小数”来定义有理数呢?为时过早,如果要对一个已有的定义构造一个新的定义,那么,这个新的定义的前提与结论必须是充分必要的,因为只有这样才能保持定义的等价性,为此,我们还需要证明“有限小数或者无限循环小数都能化为分数”。由(1)式,一个有限小数可以写为

这显然可以对应于一个分数。一个无限循环小数可以分为两部分,一部分是前面有限个(可以是0个)不循环项,然后是无限个循环项,不失一般性,我们假定无限循环小数是由循环项构成的,这样,(2)式可以写为

其中,C=0.a1a2…ap,括号中是一个等比级数,公比是1/10q,其中q≧1。用sn表示前n项部分和,即

因为1/10q<1,容易验证当n→∞时sn→1/1-1/10q,因此

这显然是一个分数,因而是一个有理数。

现在,我们可以给出有理数的基于小数的定义了:“有理数是有限小数或者无限循环小数”。进而可以得到无理数的定义:“无理数是无限非循环小数”。在这个基础上,可以得到实数的定义:“有理数和无理数统称为实数”。我们用R表示实数的全体所构成的集合。我们终于把实数刻画清楚了,并且还知道实数是与数轴上的点对应的。

我们还需要通过建立实数的运算来检验这种实数的定义是否合适。显然,这个运算是以有理数的四则运算为基础的,而重点是解决无理数的运算。以√2与√3的运算为例,下面是利用计算器计算的结果。由√2=1.4142135…和√3=1.7320508…,可以得到

因此,利用“无限非循环小数”定义无理数进行四则运算是可行的。事实上,在计算机中就是这样进行运算的。

但是,我们应当如何证明√2•√3=√6呢?当然可以计算出√6=2.4494896…,虽然这个结果与上面的计算结果很接近,但是这样依赖验证的方法来证明无穷的情况是不合适的,并且得不到一般性的结果,即无法证明对于所有的正实数a和b均有√a•√b=√a•b。所有,用无限非循环小数定义无理数是直观的,对于运算也是可行的,但对于给出证明,特别是给出一般性的结果是不方便的。

为了解决上面的问题,从魏尔斯特拉斯开始,以后有许多数学家,包括德国数学家戴德金,康托,在1872年左右几乎同时发表文章,建立他们的实数理论。接下来,我们一起来了解一下两个主要的方法,他们是“基本序列方法”和“戴德金分割方法”。

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这个人很懒,什么都没有留下~


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