网络上关于无理数的讨论,往往让人陷入迷思,甚至对无理数产生某种程度的“偏见”,就如同无理数真的不可理喻一般,“无理数”这个词似乎对许多人的心智造成了蒙蔽。
然而,无理数其实并不“无理”,它们和有理数并无二致,都是数学世界中平凡而切实存在的数字,是明确无误的数值。
无理数与有理数之间的差异其实非常简单:它们是无限不循环的小数。仅此而已。
你不能因为一个数是无限不循环的就对它另眼看待,更不能潜意识地认定“无限不循环的数就不是确定的数”。
许多人总是情不自禁地想要把无理数以小数形式完全表达出来,如果不这样做,他们就会觉得心里不踏实。但是,我们为何非得用小数来表达无理数呢?用其它方式表达不行吗?
这是许多人在理解数字本质时的误区。
比如圆周率π,它就是π,就像1就是1一样,是一个明确的数。我可以非常轻松地写出π,就是那个熟悉的π。
理解了这一点,让我们回到开始的问题。
1/3等于0.3333...,永无止境,但写不完并不代表1/3不存在。事实上,我们可以轻易地在数轴上标出1/3的长度,同样,我们可以画出任何实数(包括无理数)的长度,比如π,√2等。
下图清晰地展示了如何在数轴上标出√2:画一个边长为1的等腰直角三角形,然后以斜边为半径画一个圆,这个圆与数轴的交点就是√2。
确实,在人类数学的早期,特别是在微积分思想出现之前,无理数的概念让很多人感到困惑。正如题目中的问题一样,0.3333...永远写不完,你怎么能把它三等分呢?
但1/3是一个明确的数,非常明确,是一个实数。任何实数在数轴上都有一个对应的点。我们常用的圆周率π就是一个无理数,它在数轴上也有一个明确的点,π代表一个确定的长度。
许多人认为无理数不够确定,这只是一种错觉,一种心理暗示,或者说是一种强迫观念。
肯定会有人这样质疑:一根一米长的绳子分成三等份,每一份的长度就是0.3333...,那么三份的长度应该是0.9999...,但它并不等于1啊!
这就是误区所在,其中涉及到极限的思想。
最简单的解释是:不要总是纠结于0.3333...(无限循环),你直接接受1/3不就行了吗?1/3乘以3不就刚好等于1吗?为何非要把所有数写成小数形式才甘心呢?
但总有人就是不甘心,非要用小数表达才罢休。于是问题的关键就在于:0.9999...是否等于1?
0.9999...等于1,0.9999...等于1,0.9999...等于1。重要的事情说三遍!
我们可以用反证法证明,首先假设0.9999...不等于1,由于两个不相等的数之间总会有无数多个数,这意味着0.9999...和1之间应该存在无数多个数,但实际上,别说找到无数多个数,你能找到哪怕一个数吗?
如果能找到,0.9999...当然不等于1,如果找不到,0.9999...就必然等于1。最后的结论是:你不得不承认0.9999...等于1。尽管你可能还是心有不甘。
还有人会问:0.9999...不是比1要小0.00000...1吗?极限是一个抽象概念,不是具体的数值,所以我们不能用具体的数值加减法来理解。
再举一个通俗的例子。
自然数和偶数哪个更多?
如果没有极限的思想,很容易得出“自然数比偶数多”的结论,毕竟自然数包括了偶数和奇数。但实际上自然数和偶数一样多。自然数和偶数都是无穷多个,而无穷也是有大小的。最简单的比较无穷大小的方式就是看两个无穷集合是否能一一对应。
自然数虽然看似比偶数多(好像多出来的都是奇数),但每一个自然数都有一个偶数与之对应:自然数乘以2不就是偶数吗?
所以自然数和偶数是一样多的!
如果你按照刚才的思想去纠结:自然数-偶数=奇数,那就完全脱离了极限的思想。
最后再强调一点,从纯理论的角度分析,一根一米长的绳子可以被三等分,但在现实中你永远做不到。这与科技水平无关,科技再先进也不可能做到,误差永远存在。
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