0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

0.9循環就是0.999······後面跟無窮多個9。簡記為0.9,“9”上面加一點。初中的時候曾疑惑過,

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

後來想過一個方法,算是理解了這個問題,通過歸納:

因為

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

所以直觀上自然有

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

一家人就是應該整整齊齊嘛!

當然,這個問題也問過老師,老師肯定了兩個數相等,並證明如下:

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

這個證明很有啟發性,不僅解決了我的問題,還教會了我怎樣將任意一個無限循環小數轉化為分數。

比如:

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

言歸正傳。

後來等學了高等數學,從極限的角度來看,對這個問題認識地更深了。其實是一個無窮級數的求和問題:

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

雖然解決了問題,但是通過這樣一種無窮級數求和的迂迴手段,顯得不那麼直觀了。

直到學習了數學分析中的實數論,算是再一次直觀且深刻地認識了這個問題。

對於實數軸,有以下顯然易見地結論:

如果兩個數相等,那麼這兩個數在數軸上的位置重合,反之也成立。

這不是廢話嗎?分析一下,這看似廢話的一句話,其實也恰好是我們一開始錯覺的來源,0.9循環,應該在1的左邊,比1小那麼一點點,在數軸上,這個數和1的位置並不重合,所以看起來,這兩個數也就不相等了。

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

問題在哪兒呢?

回頭看看剛剛的結論,有一個詞的描述其實是非常文字式的、直覺式的,“位置重合”。現在來思考一下這個詞的數學內涵。位置重合,意味著兩個數在數軸上的距離為零。距離為零,也就意味著,兩個數之間不存在其他數。沒有第三個數插足!

如果兩個數相等,那麼這兩個數在數軸上,不存在中間數。反之也成立。

比如0.1和0.2,顯然不相等,為什麼呢?因為0.11,0.12,0.13,...這些0.1和0.2之間“插足者”們的存在,註定了0.1不可能等於0.2。再比如,0.0001和0也不想等,因為他們之間,還有0.000001,0.000002,....等等無限多個插足者。我們還能得到這樣一個很有內涵的結論,實數x和y只要存在一個插足者,那麼必然存在無限多個插足者。

回頭再看看,0.9循環和1,它們之間有插足者嗎?能找到一個比1小,但是又比0.9循環大的實數嗎?

我們從比1小的數當中來找,0.8,0.9,0.99,0.999,0.9999,0.999999...不論我們找一個什麼樣的數,只要小於1,那就都比0.9循環小。

0.9循環和1之間,不存在插足者。

所以0.9循環=1。

事實上,根據以上結論,任何一個有理數都能寫成無限循環小數的形式:先把分數化成小數,對有限小數,只要把末尾的數字減去1,然後後面添上無窮多個9就行了。

比如:

0.9循環=1?小論有理數無理數之區別

這樣來看,其實無限小數的“無限”,並不是什麼特別的性質。任何一個實數,無論有理數還是無理數,都能表示一個無限小數的形式。都能在實數軸上畫出來。對於有理數,不必區分是有限小數還是無限循環小數,因為所有有限小數都能表示成無限循環小數。而眾所周知,無理數就是無限不循環小數,所以有理數和無理數,其區別關鍵還在是否循環上。

總結:有理數=無限循環小數,無理數=無限不循環小數。


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