這種問題經(jīng)常在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn),很容易讓人陷入某種誤區(qū),甚至讓人患上“強迫癥”,看到無理數(shù)就會產(chǎn)生某種說不清道不明的“歧視”心理,就好像無理數(shù)真的“無理”一樣,“無理數(shù)”這三個字確實蒙蔽了很多人的雙眼!
事實上無理數(shù)一點也不“無理”,無理數(shù)和有理數(shù)完全是平等的,都是一個再普通不過的數(shù),而且是真實存在的數(shù),一個非常確定的數(shù)。
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無理數(shù)與有理數(shù)的區(qū)別只有一點:無限不循環(huán),僅此而已。
但你不能因為無限不循環(huán)就對無理數(shù)“另眼看待”,甚至?xí)乱庾R地認為“無限不循環(huán)就不是確定的數(shù)”!
不少人總是下意識習(xí)慣性地強迫無理數(shù)必須用小數(shù)完全寫出來,寫不出來心里就憋得慌。但一個非常現(xiàn)實的問題是:為何一定要用小數(shù)寫出來呢?用其他形式寫出來不行嗎?
這就是不少人認識山的誤區(qū)!
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比如說圓周率π就是π,就好比“1就是1”一樣,都是一個確定的數(shù)。我可以很輕松地把π寫出來,它就是:π。
明白了這點,再回到問題中。
1/3等于0.333......,永遠寫不完,但寫不完不代表1/3就不存在,事實上你可以非常輕松地在數(shù)周上畫出1/3長度,不但如此,你可以在數(shù)周上畫出任何一個數(shù)(包括無理數(shù))的長度,比如說π,√2等。
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下圖一眼就能看出如何在數(shù)軸上畫出√2:畫一個直角邊為1的等腰直角三角形,然后以斜邊為半徑畫一個圓形,與數(shù)軸的交點就是√2。
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確實,在人類數(shù)學(xué)史上,尤其是在微積分思想產(chǎn)生之前,無理數(shù)的概念困惑了很多人。就好題目中的問題一樣,0.333永遠寫不完,怎么可能分成三等份呢?
首先1/3是一個確定的數(shù),非常確定,是一個實數(shù)。只要是實數(shù),都會對應(yīng)數(shù)軸上的一個點。我們經(jīng)常用到的圓周率π是無理數(shù),它也對應(yīng)數(shù)軸上一個點,π是一個確定的長度。
不少人認為無理數(shù)是不那么確定的數(shù),其實只是一種錯覺,一種心理暗示罷了,或者說是一種“強迫癥”!
肯定有人會這樣質(zhì)問:1米長的繩子分成三等份,一份的長度就是0.333......,那么三份的長度應(yīng)該是0.999......,也不等于1啊!
這就是誤區(qū)所在,其中也牽扯到極限的思想。
最簡單的解釋就是:不要總是在0.333......(一直循環(huán))上面較真,你直接認為1/3不就行了嗎?1/3乘以3不正好等于1嗎?為什么非要把任何數(shù)都要寫成小數(shù)的形式才甘心呢?
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但總會有人不甘心,一定要用小數(shù)寫出來才罷休。所以問題的關(guān)鍵就在于:0.999......是否等于1?
0.999......等于1,0.999......等于1,0.999......等于1。
重要的事情說三遍!
可以用反證法來證明,首先假設(shè)0.999......不等于1,由于兩個不相等的數(shù)之間肯定會存在無數(shù)多個數(shù),這意味著0.999......和1之間存在無數(shù)多個數(shù),但事實上不要說找到無數(shù)多個數(shù)了,你能找到哪怕一個數(shù)嗎?
如果能找到,0.999......當(dāng)然不等于1,如果找不到,0.999......必然等于1。最后的結(jié)果是:你不得不承認0.999......等于1。雖然你可能還是那么不甘心!
還有人經(jīng)常會這樣問:0.999......不是比1要小0.00000......1嗎?極限屬于一種抽象概念,非具體的,所以我們不能用具體數(shù)值的加減來理解。
再舉個通俗的例子。
自然數(shù)與偶數(shù)哪個更多?
如果沒有極限的思想概念,很容易得出“自然數(shù)比偶數(shù)多”的結(jié)論,畢竟自然數(shù)包括偶數(shù)和奇數(shù)。但事實上自然數(shù)與偶數(shù)一樣多。自然數(shù)與偶數(shù)都是無窮多個,無窮也是有大小的。最簡單的比較無窮大小的方式就是兩個無窮的合集是否能一一對應(yīng)。
自然數(shù)雖然看起來比偶數(shù)多(好像多出來的都是奇數(shù)),但每一個自然數(shù)都有偶數(shù)與之對應(yīng):自然數(shù)乘以2不就是偶數(shù)嗎?
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所以自然數(shù)與偶數(shù)一樣多!
如果你按照剛才的思想來較真:自然數(shù)-偶數(shù)=奇數(shù),那就完全脫離了極限的思想。
最后還要強調(diào)一點,純理論上分析,一根一米長的繩子可以分成三等份,但現(xiàn)實中你永遠做不到。這與科技發(fā)達與否沒有關(guān)系,科技再發(fā)達也不可能做到,誤差是永遠存在的。
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而且“一根一米長的繩子分成三等份”僅僅是從數(shù)學(xué)概念來分析的,也就是說數(shù)軸上長度為1的線段可以分成三等份。但數(shù)學(xué)并不等同于現(xiàn)實,數(shù)學(xué)可以說是抽象的概念,帶有絕對性。而測量屬于具體的,具有相對性。
同時,數(shù)學(xué)上不存在最小的數(shù),你永遠找不到大于0的最小的數(shù),但現(xiàn)實中存在最小的長度單位,它就是普朗克長度,任何小于普朗克長度的單位都沒有意義!
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