第一章 實數

2022-03-27 08:53:45 字數 1830 閱讀 3584

【需要解決的問題】

補充無限迴圈小數可以表示為分數,因此,為有理數

【有理數】

如果乙個數字可以表示為兩個整數的商,則稱這個數為有理數

\(例如:0.3=\frac,為有理數\)

\(而\sqrt無法表示為兩個整數的商\)

【數域】

有理數經過加減乘除四則運算的結果,依然是有理數,因此,稱為全體有理數,組成乙個數域

【符號定義】

\(z為整數,n為自然數,n^+為正整數,q為有理數,r為實數,r\q為無理數\)

【數軸上任何一點,都可以用有理數無限靠近】

\(對於有理數\frac,q為正整數,固定q,讓p取變全體整數,那麼\frac把數軸分成長度為\frac的區間\)

任何乙個數軸上的數字必然位於這些區間中的乙個,即,對任何數字,能找到p

\(有\frac\leq x<\frac\)

\(例如,\frac<5.3<\frac\),

\(可得 0<5.3-\frac<\frac\)

\(可得 |5.3-\frac|<\frac\)

\(如果把上面的\frac換成\frac\)

\(同樣可以找到某個數字\frac\)

\(有|5.3-\frac|<\frac\)

可見,數軸上任何數字,都可以用有理數無限逼近到任意精確的程度

\(總結:對固定的正整數q,從原點o開始,以\frac為單位,對原點兩側的整個數軸進行劃分成無窮多個長度為\fracp\frac的區間,\)

\(則數軸上任意乙個點代表的數字,或者跟劃分的間隔點重合,或者位於兩個間隔點之間的某個區間\)

\(即,對任意實數,存在整數p,有\)

\(\frac\leq

\(可得\quad 0\leq x-\frac<\frac\)

\(可得\quad |x-\frac|<\frac\)

\(當q任意大的時候,\frac可以任意小,故,任何數軸上的實數都可以用有理數無限逼近到任意精度\)

【稠密】

設e是乙個實數組成的集合,即實數組成的數集,如果在任意兩個實數之間,都至少有乙個e中數字,則稱e為稠密的。

前面的討論說明有理數集q,在實數r中是稠密的。

\(例1\quad 求證:若n\in n^+,且n不是完全平方數,則 \sqrt是無理數\)

證明:用反證法

\(假設\sqrt=\frac,p,q \in n^+\)

\(則有\quad n=\frac,可得\quad p^2=nq^2 \qquad ①\)

\(因為n不是完全平方數,故存在m \in n^+,有m<\sqrt

\(即\quad m<\frac

\(可得\quad mq

\(可得\quad 0

\(①式兩邊都減去mpq,得到\)

\(p^2-mpq=nq^2-mpq\)

\(可得\quad p(p-mq)=q(nq-mp)\quad③\)

\(可得\quad \frac=\frac\)

\(設p_=nq-mp,q_=p-mq,\)

\(則③式變為:\quad\quad\frac=\frac}}④\)

\(由②式得:q_

\(由④式,p=\frac}}q<\frac}q=p_\)

\(即,p

\(由④式,\sqrt=\frac=\frac}}\)

\(可得\quad \sqrt=\frac}}\)

\(重複以上步驟可得\sqrt=\frac=\frac}}=\frac}}=\frac}}=...\)

\(可以無限進行下去,且q>q_>q_>q_...,p>p_>p_>p_...\)

\(但是p,q是有限的,不可能無限遞減,矛盾\)

\(證畢\)

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