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0.9的循环为什么等于1—从数系发展谈起(1)

   在网上有很多关于这个问题的证明,但并不是很严格,这个问题需要理解实数的构造才能严格地证明。

   为了更好地理解实数的构造,在这一期,我们先回顾有关有理数的知识点。

从有理数说起




      一个数可以写成两个整数的比,

p=m/n, 

其中m、n都是整数,则称p是一个有理数。

      显然,在数轴上有非常多的有理数,

      除了所有整数点是有理数,分数点也是有理数,

例如1/2、1/4、1/8.…

这说明在0和1之间有无穷多个有理数。

似乎直线上所有的点都是有理数,

这就是我们知道的有理数的稠密性。

但是情况绝不是这么简单。

(图片源自百度)





有理数的稠密性




     任意两个有理数之间都有无穷多个有理数,称为有理数的稠密性。或者可以说每两个有理点之间都存在着有理点。

      毕达哥拉斯认为数轴上都是有理数,有理数是连续的,但事实并非如此。

      很容易可以构造出一个无理数,以0到1的距离为边长构造一个正方形,联结对角线,再将它旋转到数轴上,对角线的长度就不是一个有理数(不可公度的线段),它不能表示成2个整数的比,所以有理数在数轴不是连续的,在数学上我们说有理数是不完备的。

有理数是不完备的




      虽然数轴上无数个有理数,但中间有无理数隔着。对2分别除以3、4、5… 的商,都是0到1之间的无理数,因此在0到1之间也有无穷多个无理数。

       所以有理数是稠密的,并不是连续的,它在数轴上是以很多个点的形式存在的。

即,有理点虽然处处稠密,但不能覆盖整个数轴。

       究竟该如何去定义无理数呢?这是一个数学难题,所以早期很多数学家拒绝承认无理数是数,直到19世纪末开展数学公理化运动,在戴德金、康托和维尔斯特拉斯建立了无理数的严格理论后,才真正解决了这个难题。从第一次发现无理数,到最后给出严格定义,大概用了2000年的时间。

     后续几期,我们继续来聊聊十进制小数、无限小数、戴德金分割法等,再给出0.9循环等于1的严格证明。





图  文:小  修

排  版:歪  歪





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