为什么会有无理数?

2017-09-02 09:20:46 +08:00
 nullcoder
起因是想到 1/3 是 0.33 无限循环小数,但是我想如果不是 10 进制,是 9 进制,那 1/3 就是 0.3 了
继而想到无限不循环小数,即无理数

比较熟知的无理数有 根号 2 根号 3 pie 等等
简单在百度百科看了一下 https://baike.baidu.com/item/%E6%97%A0%E7%90%86%E6%95%B0
对证明根号 2 是无理数的证明也可以理解

但我的想法是为什么会有无理数?就是说( 0,1 )之间都是有无穷无尽的可能
这个问题可能和为什么有质数一样,当然并不指望能得到完美的答案。
自己想不出来,就发出来,好放下这个。
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46 条回复
DiamondbacK
2017-09-02 09:39:10 +08:00
找一本数学分析的实数理论来读读。
silencefent
2017-09-02 09:45:24 +08:00
代数是被发明的,这个世界没有"数”这一概念,代数里所有的一切都是伴随各个公理产生,公理不可证
xratzh
2017-09-02 09:48:07 +08:00
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CEBBCAT
2017-09-02 09:51:01 +08:00
有无穷个数,找到适合每一个的进制并不容易
Valyrian
2017-09-02 09:55:25 +08:00
楼主是想问“为什么无理数用几进制表示都是无限不循环小数”吗?
nullcoder
2017-09-02 09:59:18 +08:00
@Valyrian #5
也可以算是我想问的,但是我觉得 #4 基本回答了。
更想问的是为什么有这种“东西存在”

比如 pie 定义是圆的周长和直径的比值,这个为什么就是一个无理数,为什么不是类似 1/3 这样的。
同理 根号 2,根号 3 等。
ipwx
2017-09-02 10:01:38 +08:00
无论你用什么表示方式,分式也好,十进制小数也好,九进制小数也罢,都只是某个“数”的表示方式。

我们首先假定“整数”是不言而喻的,你我都清楚“整数”的概念。通过除法可以从整数派生出有理数。然而当你研究有理数的无穷序列的时候,发现不是所有满足柯西收敛准则的有理数序列(简称柯西序列)都能在有理数里面找到收敛的极限。比如我先写一个 3,再写一个 3.1,然后写 3.14 ,以此类推…… 你会发现明明有限步操作内,每一个写出来的数字都是有理数,但是当我把它无限写下去,却不是一个有理数。

因为找不到任何一个整数除以整数,等于这个无限的不循环的小数。

因此我们需要延拓有理数域,引入无理数这个概念。有理数和无理数加起来就是实数域。实数域满足任意柯西序列都能在实数域中找到收敛到的极限,即无穷序列的很多操作都是良定义的。

所以实数的定义根基是无穷序列的收敛。用收敛的语言来看,如果两个实数 |a-b| < epsilon (即两个数的差小于任何大于零的数),那么这 a 和 b 就代表了同一个数,无论你用什么方式去表达这两个数。因为不存在一个小于“大于零的任何数”的实数。譬如 0.999999.... (零点九九循环)和 1 就是同一个数。

这些都是实分析的内容,楼主有兴趣可以去学一学。
Cbdy
2017-09-02 10:02:51 +08:00
没学过高数吗?
momocraft
2017-09-02 10:03:11 +08:00
我觉得存在本身的原因是... 因为有人定义了能产生无理数的运算。
整数的加减乘除的闭包得不到无理数。如果没有定义方根,可能很久后人们才会因为别的原因发现第一个无理数。
nullcoder
2017-09-02 10:06:17 +08:00
@Cbdy
年少不知愁滋味,没好好学
WildCat
2017-09-02 10:09:28 +08:00
@momocraft 请问 π 是如何运算产生的? e 呢
ipwx
2017-09-02 10:09:37 +08:00
有理数不满足所有柯西列收敛,因此引入无理数,只是从有理数延拓到无理数的一种基点。事实上存在另外的基点来引入无理数,当然这最终能退出这些基点互相都是等价的。

譬如根号二,如果你写出这样的一个集合: {x^2 < 2},你可以证明(略)在无理数范围内这个集合不存在上确界。这时候我们引入无理数,确保任何有理数和无理数加起来的这个数域里面,所有有上界的非空集合都有上确界。通过这个基点,一样能得到实数,并且满足柯西收敛准则。
WildCat
2017-09-02 10:09:45 +08:00
π 是 pi,字体问题
ipwx
2017-09-02 10:10:52 +08:00
@WildCat pi 和 e 都是客观存在的某个“数”。只不过通过某些运算(大多是无穷序列求和,也有积分),你可以证明得到的那个答案“等于” pi 或者 e。
ipwx
2017-09-02 10:11:56 +08:00
ipwx
2017-09-02 10:13:43 +08:00
。。上面某一楼写错了一点,

{x^2 < 2},你可以证明(略)在有理数范围内这个集合不存在上确界。
jarlyyn
2017-09-02 10:15:01 +08:00
因为无理数是客观存在的,有理数是人类在认知能力还比较匮乏的时候自己发明的。
ryd994
2017-09-02 10:16:37 +08:00
有限小数总是可以表示为分数
这个问题换一个问法:为什么分数不能表示数轴上所有的数?
毕达哥拉斯也不知道,但他对此表示强烈谴责。
imzhong
2017-09-02 10:17:07 +08:00
数学在逻辑上必须是完备的
RqPS6rhmP3Nyn3Tm
2017-09-02 10:30:48 +08:00
有理数无法填满实数轴
Epsilon - Delta 证明

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