Re: [问卦] 0.99999999999…和1

楼主: ADHD (注意力不足过动症)   2017-10-23 02:00:30
要理解数字怎么来的
我们先从有理数以前的数字系统的定义开始
先假设自然数是非常直观的(0,1,2,3......)
并且在自然数上有一个运算规则"+"
从自然数上建构整数非常简单
先观察一个式子"1"+1=2
我们可以用一个数对来代表式子中的第一个1
(1,2)意思就是有个东西x,x+1会等于2
这样说的话
当然你会发现其实也有很多这样的式子可以拿来代表1这个数字
像(2,3),(3,4)等等诸如此类的
于是我们把所有的这些蒐集起来并且把它当成整数中的1
可以很简单的验证用这样的定义加法也是被保留下来的
代表X的集合和代表Y的集合如果要相加的话把加法定义为
任意取X中的元素x(a,b)和Y中的元素y(c,d)
X+Y=Z iff (a+c,b+d)属于Z(这就不另行证明)
大家可以很容易观察到
如果我把数对前面的数字放比较大
例如(2,1)就代表有个数字x,x+2=1
但自然数中没有这样的数字啊
于是就把它当成新的数字的定义
于是就构造出了整数(可以想成是自然数加负数)
这样就从原本的数字系统中扩展成新的数系
同理
有理数也是基于差不多的手法
只是操作的数系变成是整数和运算符号"*"
问题来了
那无理数要怎么从原本的有理数构造出来
观察我们怎么表达无理数可以发现
大多数的时候我们是用小数不断不断的逼近
于是有个德国数学家很聪明
他想说既然我们是用这种方法来表示无理数(我猜的)
那我们就把无理数定义为所有小于(or大于)他的数
实际做法是这样的
我们把所有的有理数做分割
在数线某个点上一刀划下去
那所有有理数会分成两个部分
举例来说
我可以划一刀分成两个部分
{x属于有理数|x<1},{x属于有理数|x=>1} (=>代表小于等于)
我就分割出了两个以有理数为全集互补的集合
大家会发现
如果我切在一个有理数上
要不就会产生下面那个集合有最大元素
或是上面那个集合有最小元素
在这个情况下
我们就把这两个"分割" (上面的和这个{x属于有理数|x<=1},{x属于有理数|x>1})
定义为我们原本在有理数理的x(在这个例子里是1)
那所谓的无理数
就是刚好切在上面和下面都没有最大最小元素的"分割"
所以直观地讲可以想像无理数就是所有大于(或是小于)他的无理数的集合
只要考虑一个集合的原因是一个集合被决定
分割出来的另一个集合也已经被决定了
这样我们就又从有理数拓展出了无理数
这个方法由戴德金提出叫做戴德金分割
回到标题
如果要用戴德金分割说明为什么1=0.9999...
我们要说明的是
X={x|x<1}
Y={x|x<0.9999...}
(x皆为有理数)
这两个"分割"是一模一样的集合(只考虑下面 因为补集会被决定)
x属于Y则属于X这个很直观也很明显
我们假设存在x为有理数属于X不属于Y则代表存在p,q为整数使得
1>p/q且p/q=>0.9999...
1-p/q>0
1-p/q为有理数所以一定可以找到一个1/((10)^n)使得
1-p/q>1/((10)^n)>0
1-1/((10)^n)=0.9999(n个9)>p/q
0.9999(n个9)一定小于0.9999...所以和假设矛盾
不存在在X里却不在Y里的有理数
所以这两个集合是一样的
根据定义
1=0.9999...
作者: YukiRito (結城梨斗)   2016-10-23 02:00:00
End
作者: CandyIsALie (CandyIsALie)   2017-10-23 02:01:00
太长 滚
作者: Neil0503 (托尼戴)   2017-10-23 02:01:00
这篇真好,刚好失眠的说
作者: iamsowei (桐谷和人)   2017-10-23 02:01:00
恩恩 我也是这样想的
作者: kaj1983   2017-10-23 02:02:00
我记得在离散数学里好像是不同东西耶@@
作者: ah937609 (客兄)   2017-10-23 02:04:00
半年前战过了
作者: zax8419 (不要查我哎批嘛Q)   2017-10-23 02:05:00
大概今年年初1/12左右战过了 我也发了一大篇解释了@@
作者: dustsstar79 (穆)   2017-10-23 02:05:00
嗯呐
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:20:00
你怎ㄇ知道0.999...是有理数?
作者: zzzz8931 (肥宅)   2017-10-23 02:28:00
数学之夜
楼主: ADHD (注意力不足过动症)   2017-10-23 02:29:00
我哪边默认了他是有理数ㄇ?嗯...或许我不该写x<0.999... 但我想表达的是那个分割的意思也就是说代表0.999..的这个分割
作者: zax8419 (不要查我哎批嘛Q)   2017-10-23 02:30:00
楼上...有理数的定义就是分数,有限小数,循环小数我是指gj
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:31:00
用分割建构实数轴 x的限制不是一定要用有理数吗这里我不熟 不过不能用{x:x<sqrt(2)}来定义sqrt(2)吧
楼主: ADHD (注意力不足过动症)   2017-10-23 02:31:00
对 我有说集合里的都是有理数嗯 这样写的确有些疑虑 但是代表2^2的分割是存在的
作者: zax8419 (不要查我哎批嘛Q)   2017-10-23 02:33:00
说实话..看了gj上一次发的文..真的分不出在数学方面是不是来闹的...
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:35:00
对我来说 认真问这个问题的人 不能把循环小数是有理数当作常识啦
楼主: ADHD (注意力不足过动症)   2017-10-23 02:35:00
我想写的是根号写成指数..
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:36:00
刚刚查了一下 sqrt(2)的分割一般写成{x:x<0或x^2<2}这是用有理数定义实数的精神(?) 不过我对这边很无感当初没学好...
楼主: ADHD (注意力不足过动症)   2017-10-23 02:38:00
{x|x^2<2}这样应该是没错的 然后x是有理数
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:45:00
所以要用有理数集合定义实数的方式去证这个,要先说明0.99...是有理数吧 还是得把它=q/p 的p,q值算出来
楼主: ADHD (注意力不足过动症)   2017-10-23 02:47:00
那不然这样想好了 0.999..的意思是 不断在小数上逼近所以一且小于1的有理小数都会被丢进来每当你逼近一步的时候你就会理解到他是在这个集合理的这样讲一讲有点变成柯西序列的一个解释了

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