兩個有理數之間必然存在乙個無理數,兩個無理數之間必然存在乙個有理數,但是為何無理數多於有理數?

時間 2021-05-05 19:08:11

1樓:MAN

翻譯一下:任意兩個有理數之間必有無理數、任意兩個無理數之間必有有理數。換句話說:

沒有兩個無理數或有理數是「相鄰」的。既然沒有無理數是相鄰的,無理數是怎樣做到比有理數「多得多」的?這似乎是矛盾的。

2樓:

因為這個問題表述不夠細緻容易在直觀印象上引起歧義。

兩個有理數之間必然是有無數個(多於乙個)無理數,兩個無理數之間必然是無數個(多於乙個)有理數。

你在數軸上任意截一段,無論這段多短,其上面的有理數數量和整個數軸(沒有終點)上有理數數量是一致的,其上面無理數數量和整個數軸(沒有終點)上是一致的,有理數數量是少於無理數的,不存在有理數和無理數的絕對均勻分布(直觀印象中的乙個乙個排隊)。

從直觀印象上來說,有理數是可列的,也就是說你有足夠長的時間(無限)是可以把有理數寫完的,有理數數量和整數是一樣的,實數的數量遠多於整數,至少不止兩倍(直觀印象),那多出來的那些就是無理數。

舉例子來理解這個數量上的巨大差異:

數軸是一堆點構成的,這堆點及其細小,假設你能看到這條二維的線,但看不到無限小的點,那麼當你把數軸上的無理數都摘去的時候,這兒就沒有線了,你看到的是白紙,但是當你把有理數摘去的時候,你發現這條線好像基本(完全發現不了)是完整的。(直觀印象中的數量差異)

3樓:

這樣想應該是違背了無理數是不可數的吧,也就是說你不可像有理數一樣把無理數用1,2,3,...,n這樣給乙個乙個數出來,你這樣想等於在數無理數了。如果拋棄這種想法,可以考慮0,1/2,1,任何距離超過1/2的兩個無理數之間都有乙個有理數;

再考慮0,1/4,1/2,3/4,1,任何距離超過1/4的無理數之間都有乙個有理數;

以此類推不斷二分下去,任意距離的兩個無理數之間都有乙個有理數,反過來很容易把所有有理數都包括進來,從而任意距離的兩個有理數之間也有乙個無理數,但是並沒有和無理數「多於」有理數矛盾。

4樓:olife

我們對世界認知即是離散的,人類天然就能按個數來衡量物體的數量,我們很輕鬆的就可以把同一類的物品賦予1個,2個的認識。

於是我們的數字也是這樣,但我們無論用10進製,2進製,都無法直接表達連續不斷的量,所以我們用精確度,浮點數來模擬那些在夾縫中的度量,用分數來間接表達那些。

有理數恰好在我們數字所描寫的那個點上,這種點無限多(因為我們的數字也可以無限加長描述更中間的點),但他們的無限連線起來也僅僅是一條無限長的線。無理數是無法用數字直接描述的一段線,他們是可以成為一塊面積的。任意兩個點都可以用線分開,任意兩條平行線中間也隔著點。

無理數使用數學代替思維直接表示我們無法直接認知到的量度(你不用知道他具體是什麼,只用知道他代表著什麼),是乙個翻譯未知世界的工具。也許,世界度量也不一定是我們認為的線性的從少排到多,它可能是四通八達的。

5樓:苦悶馬小偉

有理數和無理數雖然都是無窮多,但兩者中間沒有雙射。有理數的無窮可以構造出乙個雙射對映到自然數的乙個子集,由Cantor-Bernstein-Schroeder theorem可以證明有理數的勢為N0.

6樓:

我明白你的意思,你其實想說,既然集合A比集合B多,那麼混合起來就應該是:

AAABAAABAAABAAAB

這樣就違背了稠密性。

但是數學裡面,一旦引入了無窮的概念,會發生和有限的情況下完全不一樣的事情。事實上,任意兩個A之間都有無窮多個B,而任意兩個B之間都有無窮多個A。集合A和B這兩者都是無窮,但是這兩種無窮並不能形成乙個雙射,這就造成「A既比B多,同時A之間有B,B之間有A」這一在有限的情況下不可能發生的事。

7樓:

是的,無理數比有理數多。

下面我來證明一下!

高能,搬好板凳!

只要知道單射,雙射的概念就能理解全篇。

因為會問這個問題的人大多數都知道,為了閱讀的流暢性,我將單射,雙射的概念放在文章末尾的附錄。

答案是一樣多。

這裡的一樣多是作為「集合的元素個數」這個概念的延拓,即「集合的勢cardinality」而言的。

詳見我的專欄文章:

溫欣提市:初中篇3|識多少-自然數和整數哪個更多?

回顧一下,跟勢的有關定義:

若存在集合A到集合B的單射,則稱A的勢小於等於B的勢。

若A的勢小於等於B的勢,同時B的勢小於等於A的勢,則稱A的勢等於B的勢。下面引進乙個定義

若存在從無限集A到正整數集 的單射,則稱集合A為可數集,即其勢為可數

所以關於集合的勢,我們至少有了:

,其中的《都是嚴格小。推論:集合A為可數集的充要條件是存在從A到正整數集的雙射。

證明: 這是顯然的,因為雙射必是單射。

下面證明 . 這也不難。由於集合A可數,從定義知,存在單射 。

由此知道集合 是正整數集的子集。即集合 中元素是可以用腳標來表示的,只不過這個腳標列是數列 的乙個子列而已。只要將集合 中元素按腳標從小到大來重新排列,這樣就定義了從集合 到正整數集 的雙射。

由於A到集合 是雙射,這樣復合起來就是A到 的雙射。QED.

因此可數就是無限集合的最小的勢了。

命題1:有理數集是可數的

證明:通過構造從有理數集到正整數集的雙射。

令射 ,其中

很容易驗證,這是個雙射。

這個構造看上去很複雜,其實是很直觀的。

令 .則正有理數集 . 把集合 的元素放在第i行,從小到大左右排列。如此就把正有理數集排成了乙個 的無窮大的矩陣了。

沿著從西南往東北的方向從上到下數,給正有理數標號就是上述雙射。

到此我們證明了正有理數集是可數的,而有理數的個數是正有理數的「2倍」,因此也是可數的。這個很簡單,留給讀者自行證明。QED.

你心理上是不是不太好接受?

直觀與邏輯發生衝突時,你選擇哪個呢?

定義:令集合A的勢為a, 集合B的勢為b,且兩個集合交集為空。則記這兩個集合之並 的勢為a+b

容易證明下述:

命題2

a.可數加可數後者有限仍為可數。即a為可數,b為可數或者有限,則a+b為可數。

這就是為什麼整數集比自然數集多了可數個元素,他們的元素依然一樣多。

b.有限個可數相加還是可數

c.可數乘可數還是可數。即若a可數,則 。

上述a,b證明簡單,按照定義去理解即可。

c的證明跟有理數集是可數的證明是一樣的,略。

到這裡你是不是覺得有點意思了?

下面我們證明無理數比有理數多

純構造性證明!前方高能!

為表達方便,我們證明開區間 內的無理數集是無限非可數的,進而比有理數多。

假設無理數跟有理數一樣多,即都是可數的。那麼整個開區間 因為是無理數集和有理數集的並,因此也是可數的。

故而從正整數集到開區間 存在乙個雙射。

於是將開區間 的數,編號如下,即

對每個數 作小數表示,即

我們再構造乙個開區間 內的實數b如下,

其中 於是b不可能跟任何乙個 相等,因為至少第k位上就不等。

這就有矛盾了。QED.

附錄

單射

從集合A到集合B的對映f稱為單射,若

滿射

從集合A到集合B的對映f稱為滿射,若對任意 存在 使得

雙射

乙個對映既是單射又是滿射則稱為雙射。

那些年被數學虐的我們

8樓:萊洛三角形

這個問題曾經也困擾擾過我,但是後來相通了。說白了,就是我們不能寫出乙個無理數的完整表達數,因為他是無限不迴圈小數。你不能停,因為一停就成了有理數了。

所以不能想成像整數那樣1和3之間是2那樣一奇一偶交替排列。然後你再看其他人給的證明過程就行了。

9樓:陳Z

題主可能想的是, 任何兩個偶數之間都存在乙個奇數 && 任何兩個奇數之間都存在乙個偶數 =>奇數和偶數一樣多, 為何類似的邏輯不能套用到有理數和無理數上.

奇數和偶數可以適用這個論述, 因為奇數可以視為偶數在 內的間隙, 排成一列之後很容易得到一一對映 . 但有理數不能這樣操作.不能認為「 是可數的, 所以 的「間隙」只有可數個, 所以可以用可數個數填滿這些「間隙」, 得到完整的 」.

因為「相鄰的兩個有理數」是不存在的.

否則的話, 就已經是完備的了—— 的Cauchy列都是收斂於 的, Dedekind分割也不會得到任何新的東西. 事實上, 是稠密而不完備的, 它也沒有乙個良好定義的「間隙」. 學弱猹:

實分析|筆記整理(2)——勒貝格測度及相關舉例中「乙個不可測的例子」很大程度上體現了「間隙」的這種奇怪的性質.

10樓:謝靈

你的證明是無效的,人類對數的定義不明確,數的定義又不能證明。

無限元素是數的嗎?

非數能進入數學理國進行數的邏輯對比嗎?

只有定義了數,證明了這個定義的正確性。

非數不具可比性,因為比對屬於數學體系中的邏輯,非數不具這個資質。

證明詳見:謝靈:告訴你宇宙真相(四):三次數學危機同乙個根原所以,所有無理數與所有有理數不具可比性。

說所有無理數多所有有理數;或所有無理數少於所有有理數。都是偽數學。

因為只有數才具可比對性。

11樓:Freud

寫乙個不太嚴謹的證明無理數多於有理數。望指教

首先考慮任取有理數q,無理數p,很容易證明q+p是無理數,即有理數加無理數等於無理數,根據加法交換率,p+q也是無理數,即無理數加有理數為無理數。

那我們可以這樣來操作,任取乙個無理數p,定義集合P,則P是個無窮集合,且所以元素為無理數。對於有理數集Q中的每乙個元素和P集合中的元素相加都會得到新的無理數,所以,從每乙個有理數q都可以得到無窮多個無理數。這樣,有理數到無理數就不是一對一的對映,而是一對多,所以無理數要明顯多於有理數。

12樓:

在比較兩個集合中元素的多少時,如果這兩個集合中都有有限個元素的話,比較是十分容易的。

如果我們認同無窮元素集合的存在並且想定義它們的元素多少時,就比較麻煩了,不能用傳統的多少了。而是要引入一一對映,去定義同濃,在同濃等價類上去定義多少。

普通的多少觀在此是無效的。

更何況,我在題目中左看右看,也看不出為啥兩個有理數之間有無理數,兩個無理數之間有有理數,到底和其多少有什麼關係。

題目中描述的這種性質呢,在集合論中確實

有類似的描述,兩個有理數間有有理數,兩個無理數間有無理數,但這可能更偏向於對一一保序,相似等價類:序型的描述。

至於題目中所說的,可能更偏向於拓撲性質了。

為什麼兩個無理數相加可得有理數?

威宸 個人感覺哈 1.4142135623.0.4142135623.1 順便說一句,其他答案好高階啊我看不懂,而且用高中大學的理論給初中生解釋的話理解上還是有困難的 幷州達人 假設這個運算符號寫作,某個集合滿足以下條件,可以稱為群,1,閉合性,對於這個集合裡任意兩個元素a,b,ab得到的結果一定也...

如果存在乙個函式,代入有理數後得到無理數,代入無理數後得到有理數,那麼這個函式是否一定不連續?

雨雪晴 定義 如果 是拓撲空間 的子集滿足存在連續對映 使 即 那麼就稱為 可 Wadge 歸約到 記為 如果 則稱 是 Wadge 等價的.見 Ke 對於題主的問題,非常簡單,由於有理數集 是真 集,無理數集 是真 集,所以 不成立.Wadge 等價構成乙個等價關係,所有相互Wadge 等價的集合...

是否存在乙個 無法判定為有理數或無理數 的實數?

宙宇001 定義實數a如下 若康托爾連續統假設為真,則a 1 若康托爾連續統假設為假,則a e 類似如此,那麼實數a可不可以判定,取決於連續統假設可不可判定。那麼這樣就可以看出來,存在與否可以變成,有沒有不可判定的命題。 hhh 有,因為證明是一段有限文字。設符號有無限個,那麼把符號排列。設a1是第...