無理數

無理數是指除有理数以外的实数,當中的「理」字来自于拉丁语的rationalis,意思是「理解」,实际是拉丁文对于logos「说明」的翻译,是指无法用两个整数的比来说明一个无理数。

基本

正數
自然数
正整數
小数
有限小数
无限小数
循环小数
有理数
代數數
实数
複數
高斯整數

负数
整数
负整數
分數
單位分數
二进分数
規矩數
無理數
超越數
虚数
二次无理数
艾森斯坦整数

延伸

二元数
四元數
八元數
十六元數
超實數
大實數
上超實數

雙曲複數
雙複數
複四元數
共四元數
超复数
超數
超現實數

其他

質數
可計算數
基數
阿列夫數
同餘
整數數列
公稱值

規矩數
可定義數
序数
超限数
p進數
數學常數

圓周率
自然對數的底
虛數單位
無窮大

有理數實數,不能寫作兩整數之比。若將它寫成小數形式,小數點之後的數字有無限多個,並且不會循環,即无限不循环小数(任何有限或无限循环小数可被表示称两个整数的比)。常見的無理數有大部分的平方根πe(其中後兩者同時為超越數)等。無理數的另一特徵是無限的連分數表達式。

傳說中,无理数最早由畢達哥拉斯學派弟子希伯斯发现。他以幾何方法證明無法用整数分數表示。而畢達哥拉斯深信任意数均可用整数及分数表示,不相信無理數的存在。後來希伯斯触犯学派章程,将无理数透露给外人,因而被扔进海中处死,其罪名竟然等同于“渎神”。另見第一次數學危機

無理數可以通過有理數的分划的概念進行定義。

举例

  1. 圓周率=3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230781640628620899...


性质

  • 无理数加或减无理数不一定得无理数,例如:
  • 无理数乘不等于0的有理数必得无理数。
  • 无理数的平方根立方根等次方根必得无理数。

不知是否是無理數的數

等,事实上,對于任何非零整數,不知道是否無理數。

無理數與無理數的四則運算的結果往往不知道是否無理數,只有等除外。

我們亦不知道欧拉-马歇罗尼常数卡塔兰常数是否無理數。

無理數集的特性

無理數集是不可數集(因有理數集是可數集而實數集是不可數集)。無理數集是個不完備拓撲空間,它是與所有正數數列的集拓撲同構的,當中的同構映射是無理數的連分數開展。因而贝尔纲定理可以應用在無數間的拓撲空間上。

無理化作連分數的表達式

選取一個正的實數使得

經由遞迴處理

一些無理數的證明

證明是无理数

证:


假设是有理数,并且令是最简分数。

两边平方,得到。将此式改写为,可见为偶数。

因为平方运算保持奇偶性,所以只能为偶数。设,其中为整数。

代入可得。同理可得亦为偶数。

这与为最简分数的假设矛盾, 所以是有理数的假设不成立。

證明是无理数

證:

假設是有理數,兩邊平方得到

其中因為是有理數,所以也是有理數。

透過證明為無理數的方法,其中為一非完全平方数

可以證明是無理數

同樣也推出是無理數

但這又和是有理數互相矛盾

所以是一無理數

證明是无理数

證:

同樣,假設是有理數,兩邊平方後得到

於是是有理數。兩邊再次平方,得:

於是

由於是有理數,所以

透過證明形如的數是無理數的方法,得出也是一無理數

但這結果明顯和皆為有理數出現矛盾,故為無理數

另一種證明:

同樣假設是有理數,

,兩邊平方:

透過證明形如的數是無理數的方法,得出是一無理數

也是矛盾的。

證明是无理数

證:

,兩邊平方得到:

,得到為一有理數

,兩邊繼續平方:

由於皆為有理數

亦為有理數

透過證明形如的數是無理數的方法,可知為無理數

這和是有理數衝突

所以得證為一無理數

参见

外部連結

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