Re: [問卦] 0.99999999999…和1

作者: ADHD (注意力不足過動症)   2017-10-23 02:00:30
要理解數字怎麼來的
我們先從有理數以前的數字系統的定義開始
先假設自然數是非常直觀的(0,1,2,3......)
並且在自然數上有一個運算規則"+"
從自然數上建構整數非常簡單
先觀察一個式子"1"+1=2
我們可以用一個數對來代表式子中的第一個1
(1,2)意思就是有個東西x,x+1會等於2
這樣說的話
當然你會發現其實也有很多這樣的式子可以拿來代表1這個數字
像(2,3),(3,4)等等諸如此類的
於是我們把所有的這些蒐集起來並且把它當成整數中的1
可以很簡單的驗證用這樣的定義加法也是被保留下來的
代表X的集合和代表Y的集合如果要相加的話把加法定義為
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)屬於Z(這就不另行證明)
大家可以很容易觀察到
如果我把數對前面的數字放比較大
例如(2,1)就代表有個數字x,x+2=1
但自然數中沒有這樣的數字啊
於是就把它當成新的數字的定義
於是就構造出了整數(可以想成是自然數加負數)
這樣就從原本的數字系統中擴展成新的數系
同理
有理數也是基於差不多的手法
只是操作的數系變成是整數和運算符號"*"
問題來了
那無理數要怎麼從原本的有理數構造出來
觀察我們怎麼表達無理數可以發現
大多數的時候我們是用小數不斷不斷的逼近
於是有個德國數學家很聰明
他想說既然我們是用這種方法來表示無理數(我猜的)
那我們就把無理數定義為所有小於(or大於)他的數
實際做法是這樣的
我們把所有的有理數做分割
在數線某個點上一刀劃下去
那所有有理數會分成兩個部分
舉例來說
我可以劃一刀分成兩個部分
{x屬於有理數|x<1},{x屬於有理數|x=>1} (=>代表小於等於)
我就分割出了兩個以有理數為全集互補的集合
大家會發現
如果我切在一個有理數上
要不就會產生下面那個集合有最大元素
或是上面那個集合有最小元素
在這個情況下
我們就把這兩個"分割" (上面的和這個{x屬於有理數|x<=1},{x屬於有理數|x>1})
定義為我們原本在有理數理的x(在這個例子裡是1)
那所謂的無理數
就是剛好切在上面和下面都沒有最大最小元素的"分割"
所以直觀地講可以想像無理數就是所有大於(或是小於)他的無理數的集合
只要考慮一個集合的原因是一個集合被決定
分割出來的另一個集合也已經被決定了
這樣我們就又從有理數拓展出了無理數
這個方法由戴德金提出叫做戴德金分割
回到標題
如果要用戴德金分割說明為什麼1=0.9999...
我們要說明的是
X={x|x<1}
Y={x|x<0.9999...}
(x皆為有理數)
這兩個"分割"是一模一樣的集合(只考慮下面 因為補集會被決定)
x屬於Y則屬於X這個很直觀也很明顯
我們假設存在x為有理數屬於X不屬於Y則代表存在p,q為整數使得
1>p/q且p/q=>0.9999...
1-p/q>0
1-p/q為有理數所以一定可以找到一個1/((10)^n)使得
1-p/q>1/((10)^n)>0
1-1/((10)^n)=0.9999(n個9)>p/q
0.9999(n個9)一定小於0.9999...所以和假設矛盾
不存在在X裡卻不在Y裡的有理數
所以這兩個集合是一樣的
根據定義
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
太長 滾
作者: Neil0503 (托尼戴)   2017-10-23 02:01:00
這篇真好,剛好失眠的說
作者: iamsowei (桐谷和人)   2017-10-23 02:01:00
恩恩 我也是這樣想的
作者: kaj1983   2017-10-23 02:02:00
我記得在離散數學裡好像是不同東西耶@@
作者: ah937609 (客兄)   2017-10-23 02:04:00
半年前戰過了
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左右戰過了 我也發了一大篇解釋了@@
作者: dustsstar79 (穆)   2017-10-23 02:05:00
嗯吶
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:20:00
你怎ㄇ知道0.999...是有理數?
作者: zzzz8931 (肥宅)   2017-10-23 02:28:00
數學之夜
作者: ADHD (注意力不足過動症)   2017-10-23 02:29:00
我哪邊預設了他是有理數ㄇ?嗯...或許我不該寫x<0.999... 但我想表達的是那個分割的意思也就是說代表0.999..的這個分割
作者: zax8419 (不要查我哎批嘛Q)   2017-10-23 02:30:00
樓上...有理數的定義就是分數,有限小數,循環小數我是指gj
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:31:00
用分割建構實數軸 x的限制不是一定要用有理數嗎這裡我不熟 不過不能用{x:x<sqrt(2)}來定義sqrt(2)吧
作者: ADHD (注意力不足過動症)   2017-10-23 02:31:00
對 我有說集合裡的都是有理數嗯 這樣寫的確有些疑慮 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
說實話..看了gj上一次發的文..真的分不出在數學方面是不是來鬧的...
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:35:00
對我來說 認真問這個問題的人 不能把循環小數是有理數當作常識啦
作者: ADHD (注意力不足過動症)   2017-10-23 02:35:00
我想寫的是根號寫成指數..
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:36:00
剛剛查了一下 sqrt(2)的分割一般寫成{x:x<0或x^2<2}這是用有理數定義實數的精神(?) 不過我對這邊很無感當初沒學好...
作者: ADHD (注意力不足過動症)   2017-10-23 02:38:00
{x|x^2<2}這樣應該是沒錯的 然後x是有理數
作者: gj942l41l4 (米食主義者)   2017-10-23 02:45:00
所以要用有理數集合定義實數的方式去證這個,要先說明0.99...是有理數吧 還是得把它=q/p 的p,q值算出來
作者: ADHD (注意力不足過動症)   2017-10-23 02:47:00
那不然這樣想好了 0.999..的意思是 不斷在小數上逼近所以一且小於1的有理小數都會被丟進來每當你逼近一步的時候你就會理解到他是在這個集合理的這樣講一講有點變成柯西序列的一個解釋了

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