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区分有理数和{读:hé}无理数的方法

2025-03-28 04:25:56Home-FurnishingsHome

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{读:yǒu}理数可以写为有【练:yǒu】限小数和无限循环小数,无理数《繁:數》只能写为无限不循环小数。

2、所有的有理数都《pinyin:dōu》可以写成两个整数之比,而无理数却不能写(读:xiě)成两个整数之比.

3、范围不同。有理数集[拼音:jí]是整《pinyin:zhěng》数集的扩张。在有理数集内,加法、减法{练:fǎ}、乘法、除法(除数不为零)4种运算通行无阻。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(繁体:數))和分数的统称。无理数是所有不是有理数字的《pinyin:de》实数(繁体:數),后者是由整数的比率(或分数)构成的数字。

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 中元素个数,例如rú 若 X = {Tom, and, Jerry},则 |X| = 3。这样以来,题目中:“无理数(繁:數)比有理数多”,可被表述为:

|RQ| > |Q| ①

可是,我们知道:有理数 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 无穷大又如[练:rú]何比bǐ 较大小呢?也就是说,如何《读:hé》 使得 ① 对于无穷集合有意义?

这个问题,最早欧拉大神就研究过,为此不惜规定自然数之和为 -1/12,但依然并没有澳门新葡京找到规律。后【练:hòu】来是 康托尔(Cantor)找到了解决问题的金钥匙——映射。

映射,记为 f: X → Y ,它描述 从 集《pinyin:jí》合 X 到 集合 Y 的一种关系,即,

对于 X 中的每{拼音: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《拼音: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;

这说明,在统计 X 中元素个数的过程中, X 中 每数一个元素 x 都会有 Y 中有 x 对应的元素 y 跟着计数,而且 根据 单的 定义, 不会发生 同一个 y 计数 两次的情况,于是,我们认为: X 的元素个数 不会大于 Y 的元素个数,即,|X| ≤ |Y|;

  • 满的:Y 中的每个元素 都有 X 中的 至少一个 元素与之对应;

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这说明,在统计 Y 中元素个数[繁体:數]的过(繁体:過)程中,Y 中 每数一个元素 y 都会《繁体:會》 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 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{pinyin:zhè}时 X 和 Y 中的 元素 一一对应,因【练:yīn】为 |X| ≤ |Y| 并且 |X| ≥ |Y| 所以 |X| = |Y|。

注:高中数(繁:數)学课本上,分别称 单的、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 有限集合和无限集合 同时有效,这样就绕开 比较无穷(繁体:窮)集合大小的的纠结。

有了 映射这个利器后,虽然 Q 和 RQ 是 无穷集合,但是 只要{读:yào} 亚博体育找到 它们 之间 的映射,就可以 根据 映射关系的 细分 来判断 它们 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 ,于是就 可以 以 N 中自然数为wèi 下标 将[繁体:將] X 的元素排成一列:

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称 X 可列。反之《读:zhī》亦然。这说明,X 可列 必然 X 可数,X 可数 必然 X 可列。

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先证【pinyin:zhèng】明了 Q 可数:

任何(pinyin:hé) 正有(拼音:yǒu)理数数 都可 表示为 两个正整数 的比值,因此{cǐ}我们可以建立下表:

沿着,箭头的路线,将 重复的 正有皇冠体育理数 删除,则 所有 正有理数数 组成一[拼音:yī]个 序列:

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于是可以建立 自然数集 ω 和 有理数集 Q 之间的一一对应关系【繁:係】:

这就证明[拼音:míng]了 |Q| = |ω|,即,Q 可数。

再证[繁体:證]明 无理数 RQ 不可数:

考虑 (0, 1) 之间的 无理数,将它们写成无[繁体:無]限不循环小数。假设 它们 可数,则可列,于是将它(拼音:tā)们排成[读:chéng]一竖列如下:

接着我们【men】将构造一个 新的无理数:

构《繁体:構》造澳门博彩过程如下:

  • 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;

  • ...
这样我们就得到了一个新的 无理数 b,根据构造过程 b 不等于 竖列 中的任何无理数,这和 竖列 包含所有 (0, 1) 之间的所有无理数 矛盾。

这就证(繁:證)明了 (0, 1) 之间的无理数不可列,进而 全体有理数 RQ 也不可列,于是 RQ 不可能 和 ω 一一对应 ,即【读:jí】,|RQ| ≠ |ω|。

而很容构造映[读:yìng]射 f : ω → RQ,如下:

f(n) = n √2

显然【练:rán】 f 是单的,于是有:

|ω| ≤ |RQ|

上面已经证明了 |RQ| ≠ |ω|,于(繁:於)是得到

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|RQ| > |ω|

即,RQ 不可数(shù)。

综合,由上面《繁体:麪》的证明结果:

  • |Q| = |ω|,Q 可数;

  • |RQ| > |ω| ,RQ 不可数;

得到:

|RQ| > |Q|

即,无理数比有理数(繁:數)多。

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(繁:設),袋子里有十个球,分别标记有 0 到 9 十个数字。每次随机的取一个球,记录球上的数字,然后将球放回;用这个记录的数字 作为 (0, 1) 之[读:zhī]间小数的一个小数位。

如果,要使得这个小数是有理数,则必须 从 某次取球之后,每次都取澳门威尼斯人到 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[pinyin:yǒu]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(概率 P = 1),该小数是 有理数 是【读:shì】 不[读:bù]可能事件(概率 P = 0)。这就说明 无理数比有理数多的多。

注:对于有无穷个样本点的样本空间,不[练:bù]可能事件 也会发生。

事实上,在《测(繁体:測)度论》中,有{pinyin:yǒu}理数集 Q 就是 零测集,不过这个就扯远了,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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