有理数无理数区别?有理数和无理数的区别有以下几点:1、有理数可以写为有限小数和无限循环小数,无理数只能写为无限不循环小数。2、所有的有理数都可以写成两个整数之比,而无理数却不能写成两个整数之比.3、范围不同
有理数无理数区别?
有理数和无理数的区别有以下几点:1、有理数可以写(繁:寫)为有限小数和无限循环小【读:xiǎo】数,无(wú)理数只能写为无限不循环小数。
2、所有【练:yǒu】的有理数都可以写成【chéng】两个整《拼音:zhěng》数之比,而无理数却不能写成两个整数之比.
3、范围不同。有理数集是整数集的扩张。在有理数集内,加法、减法、乘法《练:fǎ》、除法(除数不为wèi 零)4种《繁体:種》运算通行无阻。无理数是指实数范围内不能表示成两个整数之比的数。
4、有理数为整数(正整数、0、负整数)和分数的统称。无理数是所有不是有【读:yǒu】理数字的实数,后者是由整数的比率(或分数)构成的数字(zì)。
如何使用数学证明无理数数量多于有理数?
首先,我们要搞清楚 什么是:“无理数数比有理数数多”。
为了方便,数学上将有理数集记为 Q,将实数集记为 R。从实数中除去有理数 剩下的就是 无理数,因此 无理数记为 RQ,其中 表示 差集,即,从 R 除去 Q 中元素的 意思:同时,用 |X| 表示 集合 X 中元素个(拼音:gè)数,例如 若 X = {Tom, and, Jerry},则 |X| = 3。这样以来,题目中:“无理数比有【练:yǒu】理数多”,可被表述为:
|RQ| > |Q| ①
可是,我们知道:有理数[繁:數] 和 无理数 的个数都是 无穷多个,即,|Q| = |RQ| = ∞,那么问题来了:对于两个 无穷大(读:dà)又如何比较大小呢?也就是说,如何 使得 ① 对于无穷集合有意义?
这澳门威尼斯人个问题,最早欧拉大神就研究过,为此不惜规定自然数之和为 -1/12,但依然并没有找到规律。后来是 康托尔(Cantor)找到了解决【pinyin:jué】问题的金钥匙——映射。
映射,记为 f: X → Y ,它描述 从 集合 X 到 集合 Y 的一种关(繁:關)系,即,
对于 X 中的每(读:měi)个元素 x 在 Y 中 有且只有一个 元素 y = f(x) 与之对应。②
康托尔 通{tōng}过 对 映射关系的细分,来对 ① 进行定义:
- 单的:X 中的不同元素 在 Y 中 对应不同元素;
- 满的:Y 中的每个元素 都有 X 中的 至少一个 元素与之对应;
这说明,在统计[拼音:jì] Y 中元素个数的过程中,Y 中 每数一个元素 y 都会 有 X 中的 y 对应的 至少 一个 元素 x 跟着计数,而且 根据 ②,不会发生《拼音:shēng》 同一个 x 计数 两次的情况,于是,我们认为: Y 的元素个数 不会大于 X 的元素个数,即,|X| ≥ |Y|;
- 双的:既是 单的 又是 满的;
这时(繁体:時) X 和(拼音:hé) Y 中的 元素 一一对应,因《读:yīn》为 |X| ≤ |Y| 并且 |X| ≥ |Y| 所以 |X| = |Y|。
注:高中数学课本上,分别称 单【dān】的、满的、双的 映射 为,单射、满射、双射。因为映射对于 有限集合 和 无限集合 同时有效,于是,用映射给出的 ① 的定义,对于 有限集合(繁体:閤)和无限集合 同时有效,这样就绕开 比较无穷集合大小的的纠结。
有了《繁:瞭》 映射这个利器后,虽然 Q 和 RQ 是 无穷集合,但是 只要 找到 它们 之间 的映射,就可以 根据 映射关系的 细分 来判断 它们[繁:們] 之间的大小关系了。
然后,利用自然数集作为标尺来证明。
所有自然数(包括 0)组成的集合 记为 ω。对于任意集合 X,若 |X| ≤ |ω| 则称 X 可数,否则,即 |X| > |ω| 则称 X 不可数。集合 X 可数就意味着,存在 双射 f: N → X,使得 X 中(拼音:zhōng)元素 和 自然数 的 全体 或 部分 N = {0, 1, 2, ..., n, ...} 一一对应 f: N → X ,于是shì 就 可以 以 N 中自然数为下标 将 X 的元素排成一列:
称 X 可列。反之亦然。世界杯这说明,X 可列 必然 X 可数,X 可数 必《bì》然 X 可列。
先证(繁体:證)明了 Q 可数:
任何 正有理数数(繁体:數) 都可kě 表示为 两个正整数 的比值,因《拼音:yīn》此我们可以建立下表:
沿娱乐城着,箭头的路(拼音:lù)线,将 重复的 正有理数 删除,则 所有 正有理数数 组成一个 序列:
于是可以建立 自然数集 ω 和 有理数集jí Q 之间的一一对应关系:
这就证明【练:míng】了 |Q| = |ω|,即,Q 可数。
再(读:zài)证明 无理数 RQ 不可数:
考虑 (0, 1) 之间的 无理数,将它【tā】们写成无限不循环小数。假设shè 它们 可数,则可列,于是将它们排成一竖(繁:豎)列如下:
接着我们将构造[拼音:zào]一个 新的无理数:
构造过guò 程如下:
- 如果 a₀ 的第1位小数 a₀₁ ≠ 6 则 b 的第1位小数取 b₁ = 6,否则取 b₁ = 9;
- 接着,沿着竖列向下,找到 无理数 aᵢ₁,满足,它的第1位小数 aᵢ₁₁ = b₁。如果 aᵢ₁ 的第2位小数 aᵢ₁₂ ≠ 6 则 b 的第2位小数取 b₂ = 6,否则取 b₂ = 9;
- 接着,沿着竖列向下,找到 无理数 aᵢ₂,满足,它的第2位小数 aᵢ₁₂ = b₂。如果 aᵢ₂ 的第3位小数取 aᵢ₁₃ ≠ 6 则 b 的第3位小数取 b₃ = 6,否则取 b₃ = 9;
- ...
这就证明【读:míng】了 (0, 1) 之间的无理数不可列,进而 全体有理数 RQ 也不(bù)可列,于是 RQ 不可能 和 ω 一一对应 ,即,|RQ| ≠ |ω|。
而很容构《繁:構》造映射 f : ω → RQ,如下:
f(n) = n √2
显澳门伦敦人然 f 是(读:shì)单的,于是有:
上面已经证明(pinyin:míng)了 |RQ| ≠ |ω|,于是得到
|RQ| > |ω|
即,RQ 不可数。
综合,由上面的证明结果《读:guǒ》:
- |Q| = |ω|,Q 可数;
- |RQ| > |ω| ,RQ 不可数;
|RQ| > |Q|
即,无理数比有理数多《读:duō》。
最后,实际上无理数比有理数多的多。
可以这样想象(并非证明):设,袋子里(繁:裏)有十个球,分别标记有 0 到 9 十个数字。每次随机的取一个球,记录球上《拼音:shàng》的数字,然后将球放回;用这个记录的数字 作为 (0, 1) 之间小数的一个小数位。
如果,要使得这个小数[繁体:數]是有理数,则必须 从 某次取球《练:qiú》之后,每次都取到 0 号球(或按照某些固定循环 取球),因为要无限的取下去,所有这种事件的发生概率,为 0,其逆事件,即,小数是无理数,的发生概率是 1。
由此可见,通过取球生产的 (0, 1) 之间小数,该小数是 无理数 是必然事件《读:jiàn》(概率 P = 1),该小数是 有理数 是 不可能事件(概率 P = 0)。这就说明 无理数比有《pinyin:yǒu》理数(繁体:數)多的多。
注:对于有无穷个样本点的样本空间,不可(拼音:kě)能事件 也会发生。
事实上,在【pinyin:zài】《测度论》中,有理数集 Q 就是 零测集,不过这个就【jiù】扯远了,这里打住。
(以上的证明并不简洁,应该有更好的证明方法,希望各位数学大神不吝赐教!另外,由于本人数学水平有限,出错在所难免,欢迎各位老师批评指正!)
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