分类:无理数

来自Big Physics


定义和含义

无理数,指的是,不是有理数的数,也就是不能由两个整数写成分数的形式的数[1],或者是不能够写成两个整数之比的形式的数。

有理数和无理数一起构成了实数

层次标注

在这里,它属于第二层知识,即学科概念。

辅助理解的解释

小数那部分的知识我们可以知道,无理数是无限不循环小数,也就是小数部分既不终止也不重复。

无理数的存在本身就是一个问题,如果凭脑袋去想是很难想明白一个无理数究竟是不是分数[1],于是我们要使用威力强大的数学思想——演绎推理(在数学上也叫作数学演绎证明)。

我们从一个数的思考开始, [math]\displaystyle{ \sqrt 2 }[/math] ,它可以是边长为1的正方形的对角线的长度,也可以是平方后等于2的平方根(正数平方根)。

这里我们假设[math]\displaystyle{ \sqrt 2 }[/math] 是可以表示为分数\frac{p}{q}的,而且是最简分数,也就是[math]\displaystyle{ p,q }[/math]没有公因数。由于[math]\displaystyle{ (\sqrt 2)^2 = 2 }[/math] ,我们有

[math]\displaystyle{ \begin{align} \frac{p}{q} \times \frac{p}{q} & = 2 \\ \Rightarrow \frac{p^{2}}{q^{2}} & = 2 \\ \Rightarrow p^{2} & = 2 q^{2} \end{align} }[/math]

所以[math]\displaystyle{ p^2 }[/math]是一个偶数,于是,[math]\displaystyle{ p }[/math]也是一个偶数。如果[math]\displaystyle{ p }[/math]是奇数的话,则[math]\displaystyle{ p^2 }[/math]肯定是奇数。我们设偶数[math]\displaystyle{ p=2k }[/math],则:

[math]\displaystyle{ \begin{aligned} (2 k)^{2} & =2 q^{2} \\ \Rightarrow 2 k \times 2 k & =2 q^{2} \\ \Rightarrow 4 k^{2} & =2 q^{2} \\ \Rightarrow 2 k^{2} & =q^{2} . \end{aligned} }[/math]

所以[math]\displaystyle{ q^2 }[/math]是一个偶数,于是,[math]\displaystyle{ q }[/math]也是一个偶数。所以,我们得到[math]\displaystyle{ p,q }[/math]都是偶数,至少存在公因数2。这个和[math]\displaystyle{ \frac{p}{q} }[/math]是最简分数矛盾。因此,这一开始的猜测[math]\displaystyle{ \sqrt 2= \frac{p}{q} }[/math],即[math]\displaystyle{ \sqrt 2 }[/math]是一个分数,是错的[1]

在这里,我们用到了排除法或者也叫作反证法的思考方式:先假设某个东西是这样的,然后找出来在这个条件下和已经知道成立的事情相冲突的一个结论,从而断定假设肯定不成立[1]

无理数在我们生活中应用很多很广,试着去发现生活中哪些对象的特征体现或者蕴含了无理数。

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 吴金闪,《小数数学这样学》,浙江人民出版社,2023, http://www.systemsci.org/jinshanw/books

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