1和0.9的循环哪个大?为什么总有人列出一些公式来证明它们相等?

慈小姐


很多人不理解,其实是因为误解。把定义解释清楚就好明白了。

一米是存在的,1/3米这个长度存在吗?肯定也存在的,那么把这个长度用小数表示出来呢?大家就会发现0.3无论怎么写都不够,这个3写的越多,越接近1/3,但是永远不会相等,是的,永远不会相等,因为无穷是写不完的。那么该怎么用小数表示呢?

先看我们用汉字怎么表示,(0.3无限写下去,会无限接近而永远也达不到的那个数。)这个达不到得数是多少呢?肯定是1/3啊,好了,汉字表示出来了,那用小数表示呢?既然写不完,好吧,发明一个符号,0.3∞。这个数就是括号里汉字表示的同样的意思,0.3无限写下去也到不了的数,是多少呢?当然就是1/3。

所以,0.3∞表示的就是1/3,那个手写永远也达不到的数,换了个符号来表示。同理,0.9后面无论你怎么写9,也到不了1,但是会无限趋近1,我们就用0.9∞来表示这个无限趋近的数,所以0.9∞就是1。


卧牛


1和0.9的无限循环哪个大?简单的数学题曾引发人类数学危机!

最让人纠结的等式,拥有多彩的论证形式

“0.999…=1吗?”很多人在小学和中学时都遇到过这个问题,并且现在国内外网站上关于这个问题的讨论仍然很多,认为0.999…=1和0.999…<1的两派都有自己的理由。

认为0.999…=1的人常给出下面三种证明方法:

证法1(最简单的“证明”):0.111…=1/9,0.222…=2/9,…,0.999…=9/9=1;或者0.333…=1/3,两边同时乘以3,得到0.999…=1。

调查中发现,不少学生看了这个证明之后都会转而开始怀疑第一个等式的正确性。仔细想想你会发现,“1/3 等于 0.333…” 与 “1 等于 0.999…” 其实别无二致,它们同样令人难以接受。正如很多人会认为 “0.999… 只能越来越接近 1 而并不能精确地等于 1” 一样,“0.333… 无限接近但并不等于 1/3” 的争议依旧存在,问题并没有解决。


证法2(“充满争议的证明”):设0.999…=x,则10x=9.999…;两边同时减去x,得10x-x=9.999…-0.999…;化简,得9x=9,解得x=1;所以,0.999…=x=1。

有专家在看到这个证明后如此评价:“0.999... 既可以代表把无限个分数加起来的过程,也可以代表这个过程的结果。许多学生仅仅把 0.999... 看作一个过程,但是 1 是一个数,过程怎么会等于一个数呢?这就是数学中的二义性。他们并没有发现其实这个无限的过程可以理解成一个数。看了上面这个证明而相信等式成立的学生,可能还没有真正懂得无限小数的含义,更不用说理解这个等式的意义了。”

证法3:若0.999…不等于1,假设0.999…<1,则0.999…

但认为0.999…<1的人对上述三种证明方法表示怀疑,因为这三种证明方法都是基于数学事实“无限循环小数是分数的另一种表示”,将无限循环小数0.999…看作是分数9/9(=1)的另一种表示,就像0.111…是1/9的另一种表示一样。对整数1,我们在计算1/1时,首商0,然后添加小数点,后面就只能继续商9,最后得到1=1/1=0.999…。这只是一种除法运算,并没有真正证明“0.999…=1”。

也有人用无限等比数列求和的方法证实或证伪0.999…=1:

0.9=9/10,0.99=9/10+1/100,0.999=9/10+9/100+9/1000,…,

0.999…=9/10+9/100+9/1000+…+9/10ⁿ=[9/10*(1-1/10ⁿ)]/(1-1/10)=1-1/10ⁿ。

到这里,有人利用无限等比数列求和的方法证实0.999…=1,有人证伪0.999…=1。证实0.999…=1的人认为当n趋于无穷大时,1/10ⁿ趋于0,1-1/10ⁿ趋于1,所以0.999…=1;而证伪0.999…=1的人认为,当n趋于无穷大时,1/10ⁿ趋于0,但永远不等于0,1-1/10ⁿ趋于1,但永远小于1,所以0.999…<1。

下面看一下图像证明法:

在这张图中,我们可以很清晰地看到边长为1的正方形被不断地对半切割开来,而它的面积为1。但是依然有人质疑这种方法,因为这种方法看起来并不完美。实际上大正方形的右上角是永远无法被填满的。


这个问题的背后,是不同数学体系的碰撞

上述两种说法都看似有道理,但0.999…要么等于1,要么不等于1,不可能同时出现两种结果。

这里出现分歧的原因是对无穷小的认识不同,这也是第二次数学危机中争论的焦点:无穷小究竟是否等于0?无穷小量是一个变量,而在用无穷等比数列求和的证明方法中,左边0.999…是一个常量,右边无限数列求和得到的表达式是一个变量,所以上述证明过程是无效的。

那么如何证明“0.999…=1”呢?这就需要用到戴德金切割定理,也称实数完备性定理:对两个实数集A,B, A中的任意元素a小于B中的任意元素b,则A和B构成实数集R的一个切割,则或者实数集A有最大数,或者实数集B有最小数。

戴德金切割定理同样适用于有理数。根据戴德金切割定理,可证明有理数集Q的一种分割确定唯一一个有理数,且相同的分割确定的有理数相同。可以证明0.999…和1确定的有理数集的分割相同,从而0.999…=1。

戴德金分割证明如下:

我们可以尝试在1和0.9循环分别进行分割,分割成集合A集合B,和集合C集合D。

A等于C或B等于D,那么别可以证明1和0.9循环相等。

在证明A是C的子集时,我们可以先讨论有理数。然后再利用无理数分割后上无最小有理数。知道一定有有理数大于讨论的无理数但小于0.9循环。

至此便证明了,0.9循环等于1。


物理角度的再认识

1.、无限的意义是什么?

0.9的无限循环真的可以吗?如果让一个数学家去回答这个问题,答案当然就是肯定的,这没毛病。然后把这个问题抛给一个物理学家去回答的话,物理学家会陷入沉思,并且告诉你,这需要通过实验去验证。

物理学家得到的结论是,在目前的理论框架下,0.9不能无限循环,因为时空是有最小单位的,那就是普朗克时间和普朗克长度。我们这里不去讨论普朗克时间和普朗克长度的来源,因为这涉及到了引力量子化和大统一理论,目前也只是一个半经典的方程。

在物理学中,由于0.9不能无限循环,因此0.9的循环和1拥有完全不同的物理意义,它们是不相等的,0.9的循环小于1。

2、有质量的物质的运动速度不能达到光速

高中物理课上,我们都接触过狭义相对论中的洛伦兹协变公式。在质速方程式中我们可以看到,任何一个有质量的物体,如果速度被加速到接近光速,那么它的质量将变得无穷大。我们当然是没有那么多的能量能办到这种事。如果把光速看做是1的话,即使是一个电子我们也只能是把它加速到0.9的无限循环,但永远都不可能等于1,。因为,这要消耗掉整个宇宙的能量。所以1和0.9的循环有着本质的区别。

3、0.9无限循环不能等于1关乎着宇宙是开放还是闭合

如果我们把0.9的无限循环看做是我们现在这个宇宙的曲率,那么即使它是无限接近于1的,也意味着,我们的这个宇宙是个封闭的宇宙。当宇宙的曲率等于一时,我们就是一个平坦的开放的宇宙。这是完全不同的两种情况。数学家不应该让0.9的无限循环等于1。

4、概率统计中的问题

关于无限小是不是有意义的问题也引起了一大批统计学家的关注,今年年初三位统计学家联名发在《自然》杂志上发表了一封公开信,质疑了统计学课本中写到的:“没有统计显著性则不能‘证明’零假设(关于两组之间无差或者两个实验组和对照组的假设)。同时,统计显著性也不能‘证明’其他假设。”。他们表示,这种误解用夸大的观点扭曲了文献,而且导致了一些研究之间的冲突。这一质疑迅速得到了,超过800名科学家的支持。

《自然》杂志连续刊发了超过40篇论文都是关于:“21世纪统计推断:P<0.05以外的世界”的学术论文。这三位科学家指出,他们并不是要禁止P值的使用,而是提议在常规的二分法的情况下不使用P值来决定一个结果是否反驳一个科学假设。其实如果让0.9的无限循环等于1,相当于在数学上正是否定了0.1的无限次方这个无穷小量的真正意义。

这一争议引发类似的数学界的争议,引发第二次数学危机

经典的芝诺悖论,这也算是物理学界的一个争议,阿基里斯与乌龟芝诺赛跑,乌龟在阿里斯基前面先跑100米,然后阿基里斯才开始跑。

当阿基里斯跑了100米的时候,乌龟多跑出去一米,阿基里斯跑了一米的时候,乌龟又多跑了一厘米,以此推论下来,阿基里斯永远都跑不过乌龟。虽然现实中是很快就跑过去的,但是在数学里,似乎永远都是追不上的。《庄子·天下篇》中也提到:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”

其实这一争议的实质就是数学上所谓的第二次数学危机的问题。早在公元前450年,芝诺就注意到由于对无限性的理解问题而产生的矛盾,提出了关于时空的有限与无限的四个悖论。到了17世纪晚期,形成了无穷小演算——微积分这门学科。当时一些数学家和其他学者,也批判过微积分的一些问题,指出其缺乏必要的逻辑基础。

直到19世纪20年代,威尔斯特拉斯在前人工作的基础上,消除了其中不确切的地方,给出现在通用的极限的定义,连续的定义,并把导数、积分严格地建立在极限的基础上。19世纪70年代初,威尔斯特拉斯、狄德金、康托等人独立地建立了实数理论,而且在实数理论的基础上,建立起极限论的基本定理,从而使数学分析建立在实数理论的严格基础之上。然而关于无穷小量的争议并没有因此就结束,关于第二次数学危机,自其爆发开始直到二十一世纪,始终都存在着不同意见。

结语

正如高斯所说数只是我们心灵的产物 。但是我觉得也许这一切会因为数学的发展而改变,就像无理数实数的出现一样。也许有一天,我们能够公理化的形容无穷小。在那一天,我们就能更好的对待0.9循环和1的区别了。

其实本文并不是一个简单的0.9的无限循环是否等于1这个问题的争论,我想说明的问题是:如果我们不能给数学赋予一定的意义,那么数学存在的意义是什么?科学向来讲究的是求真、求实,向客观存在探讨真理是科学的本质。希望有一天科学家能够找到最终答案,在0.9的无限循环这个问题面前不再彷徨。


中学数学深度研究


这个问题有点无聊。

连极限的概念都没弄懂,也敢吹什么数学证明?

0.9后面再加多少个9,也不是1。只是与1的差距越来越小。当小数点后面9的个数有无穷个的时候,认为无限趋近于1,或者说差趋近于零。只是在这个意义上,两者相等。注意是定义为相等,不证自明。

用小学生能听懂的话来说,那就是:0.9999999999……是个小数,1是整数。

1是自然数。0.99999999……不是,只是一个无限循环小数。

自然数是从屈指可数开始的,1就是第一个能数出来的。小数是算出来的,直接或间接;分数是分割出来的。

零不是数出来的,零是减出来的。桌子上有苹果,数了个数,拿了同等个数,生活经验说桌子上没有苹果了,算术说有零个。如果想拿的超过桌上苹果数量,就产生了负数。唐代引进阿拉伯数字的同时引进了零的概念。引进零概念才是真正的数学体系开端,同阿拉伯数字一样,不是华夏自古以来天然就有的。

如果在特定的数学领域,涉及到具体概念,一般来说,1与0.99999999……是否相等,也并不是证明的问题,而是这门数学如何定义。比如近似计算只要求最终结果保留几位有效数字,又允许四舍五入,那么只要有限个,例如4个9就可以认为等于1。注意这只是表明,实际问题中人们不可能真正得到无限精确的1,只能说这个1的精度是多少。

生活中,人们常见的温度计可以看做一根竖直放置的数轴。确定一个零点,高于的是零上,正值,反之负值。但冰冻的过程其实是渐变的,你真的不知道冬天室外的一盆水究竟什么时刻达到零度的,只有大概时间段,因为这不是瞬间完成的。从零开始增长,到达1的过程也是这样。不会是突变,那个临界点就是困扰物理学家的趋近界。

大家知道,二进制中,只有1和0,0.99999……就没法凑热闹了。

布尔代数中,1的定义是正极向,或者高电位,当然也可以是负逻辑,也没0.99999……什么事。

所以,0.9999……是否等于1,只是某个数学或工程技术领域的规定。从此出发建立一套体系。它本身不可证明,除非你一定要陷入死循环。


Jack595769000539


反正我认为不相等。

实数是人为定义的,就像四舍五入一样,或者可以说如果不是人为定义的,它们就不相等。举个例子:

0.3×9=2.7

0.33×9=2.97

0.333×9=2.997

0.3333×9=2.9997

0.33333×9=2.99997

……

看到没有永远有一个7拖在后面,如果没有3×9=27,写7进2,加到前面一个7(7+2=9),然后变成9。所以我们知道这些9是怎么来的,都是7进2加成9的。也就是说没有最后一个27进2,7的前面就不可能是9,换句话说前面就算有无数个9,最后一位肯定是7。

好了我们继续看

0.33333……×9=2.99999……7(此时0.33333……不是循环数,就当比无数少一个吧,或者接近无数)

0.33333……×9=2.99999…… (此时0.33333……是个循环数)

咦怎么一循环最后那个7不存在了呢?

问题就出在这里,请问2.99999……(循环数)这里的9怎么计算来的,你和我说3×9=27,进2得来的,那最后一个7呢?

你会回答因为0.33333……是循环数,所以2.9999……后面没有7,老师是这样教的,数学家也是这样说的,实数的定义(什么稠密性啊)不允许7存在。

7不存在?但是7参与了计算整个过程,没有最后一位7(3×9=27)进2,前面9就不可能有,管你是实数还是虚数,是有理数还是无理数,是循环数还是非循环数,所有的数都遵循四则运算基本法则,如果凭空消失(就像四舍五入一样),那为了等式成立,一定是人为的。

假如我非要写成2.99……7呢?人家说这个数不存在,有悖于实数。

我想未来要是有一个牛逼的数学家给这类数定义为超实数(暂时用这个名字)呢?那么是不是2.99……7就可以?

再看

0.33……×1=0.33……

0.33……×2=0.66……

0.33……×3=0.99……

0.33……×4=1.33……(后面2没有了)

0.33……×5=1.66……(后面5没有了)

0.33……×6=1.99……(后面8没有了)

0.33……×7=2.33……(后面1没有了)

0.33……×8=2.66……(后面4没有了)

0.33……×9=2.99……(后面7没有了)

为什么歧视×4 5 6 7 8 9,把循环数后面的干掉?因为实数啊,后面那个和前面不同没有意义。而且既然是无限循环了,哪来的后面那个数?说的好。我就反问,没有后面那个数参与计算,你循环个毛线?你前面是不是循环还不一定呢!不要干过河拆桥的事好吗?(就像临时工一样,参与工作,干完走人)

所以我认为,0.99……和1是不相等的,因为一开始就是数学家给实数定了义,把最后一个数拿掉了。或者换句话说,在实数的定义下,可以是相等的。

大家有不同见解欢迎评论!


孤军战喷子


证明满足0.999...


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