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有理数叫板无理数的后果?理想很丰满,现实很骨感......

 huww03 2017-04-05

有理数叫板无理数的后果?理想很丰满,现实很骨感......

【轻松一刻】

一天一闲得蛋疼的人抓来一个工程师、一个物理学家和一个数学家,把他们分别关进相同的屋子里一天,并且给了他们同样多的油漆,要求他们用油漆涂满屋内墙壁。一天之后他回来检查,工程师用完油漆涂了大半,说:“这是我能涂的最多的了。”物理学家更本没有动油漆,说:“我计算过了,根本不可能涂满,所以我索性不涂了。”但是在数学家的房间,他发现数学家把房间涂满了,但油漆桶里的油漆一滴未少,他很惊讶问数学家怎么做到的,数学家说:“我涂了所有有理点。”

(话说如果你连笑点都get不到,那真应该好好读读这篇文章了)

 

【有理数,无理数名称由来】

从一开始接触有理数这一概念时,就觉得“有理数”这一名称不免叫人费解,有理数并不比别的数更“有道理”,为什么叫有理数呢?。事实上,这似乎是一个翻译上的失误。有理数一词是从西方传来,在英语中是rational number,rational通常的意义是“理性的”。中国在近代翻译西方科学著作,依据日语中的翻译方法,以讹传讹,把它译成了“有理数”。但是,这个词来源于古希腊,其英文词根为ratio,就是比率的意思(这里的词根是英语中的,希腊语意义与之相同)。所以这个词的意义也很显豁,就是整数的“比”。与之相对,“无理数”就是不能精确表示为两个整数之比的数,而并非没有道理。所以实际上有理数应该是“可比数”,无理数应该是“非可比数”。

 

【有理数的特点】

有理数是用整数相除得来的,所以具有稠密性,也就是说任意两个数之间,肯定存在着无穷多个有理数。听起来很牛逼啊,感觉有理数已经很多了啊,那么有理数到底有多少,和无理数相比呢,有理数叫板无理数是个什么结果呢?

 

【说说无理数】

以前的人们因为时代限制,曾经以为所有的数都是有理数,即“万物皆数”。后面发现了第一个无理数“根号2”,打破了这个美好的假设。毕达哥拉斯学派的弟子希伯索斯还因此丧生,真是科学史上的悲剧。随着人们的认识不断进步,越来越多的无理数被发现了,至少对于任意素数p,“根号p”总是无理数的,这个不难证明,和根号2的证明差不多。那么至少从素数无限(这个证明也很有趣,值得一看)来看,无理数也是有无穷多个的。数无非无理数,有理数,好了,现在两个都是无限个?难免让人心生遐想,有理数pk无理数,到底谁多呢?是骡子是马,拉出来溜溜,结果自然就知道了,马上揭晓......

 

【可列集】

如果一个无限集中的元素可以按某种规律排列成一个序列,则称其为可列集。就是说对于一个集合S,如果存在S中的一个排列a1,a2....使得对于任意的S中的元素,均可在这个排列中找到,则称S是可列集

 

【可列数集的“长度”】

我们知道区间[0,1]的长度是1,也就是说所有属于[0,1]的元素组成的集合的长度是1,那么一般的集合的元素组成的“长度”是多少?之所以只用[0,1]作为样例说明,一是因为这个比较形象,方便理解,二是[0,1]中的实数其实是可以和整个R上的实数一一对应的(细节参考实变函数知识),讨论了

[0,1]上的性质,R上的也就确定了。

 

我们可以这样来计算,把每个数赋予一个小区间,然后把每个小区间的长度加起来得到的长度作为集合的“长度”的一种度量,显然集合真正的长度应该小于这些小区间的长度之和,毕竟一个点的长度是0,肯定不会超过一个区间的长度。

设可列集S的一个排列是a1,a2......an.......

给每个数ai赋予一个小区间(bi,ci),对于任意ε>0


(就一个等比数列求和然后取了一下极限而已,so easy

因为ε是任意的,要多小可以有多小,所以L只能是0

所以S集合的“长度”为0,即任意可列集的“长度”为0

 

【有理数集是可列集】

如图所示,按照这种规律,可以得出正有理数是可列的,则[0,1]之间的有理数是可数的



 

【无理数真牛逼】

好了既然[0,1]之间的有理数长度是0,且[0,1]的长度是1,且数只有有理数,无理数

那么就可以得出结论:[0,1]中的无理数的长度是1-0=1

得出来的赠送结论:无理数是不可列的(否则长度不可能为1),所以无理数比有理数多得多,二者完全不是一个数量级的,与无理数比起来,有理数几乎毫无存在感.......

 

【细思极恐】

本以为有理数有稠密性,已经那么多了,生活中随处可见的2017032620129527,啥的都是有理数,只有在数学中才碰到几个无理数根号2ln2e,π啥的。感觉有理数应该挺多的吧,和无理数比起来就算比不过也不至于差多少吧,毕竟有理数的量是有目共睹的。万万没想到,不比不知道一比吓一跳,居然被爆成渣渣都不剩了。从刚开始的“万物皆有理数”般的荣耀,有点“普天之下莫非王土”的舍我其谁的骄傲,到后面被分割出来一部分,但也至少还有“稠密性”护体,不失风范。本想“讨伐征服”初出茅庐的小牛犊般的无理数叛军,没想到两军对垒,真刀真枪一pk,居然一败涂地,几乎立锥之地,可悲可叹。

 

生活中随意接触到的数字,在整个实数世界中居然几乎不存在,细思极恐,还有几悲凉的气息。好比我们从小生活的地球,天天看到,天天接触,感觉已经很大很大了。结果学了宇宙学知识才知道,仅仅是沧海一粟。你所看到的,也许真的只是冰山一角,不看到全貌,不能想当然妄下结论,否则必被现实无情的打击。所谓的理想很丰满,现实很骨感,也是有一定道理的。


 


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