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从0.9...=1谈起

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发表于 2012-9-11 11:36:45 | 只看该作者 回帖奖励 | 倒序浏览 | 阅读模式
本帖最后由 两岸猿声啼不住 于 2012-9-11 11:39 编辑) b; @: b9 }" O$ `
6 k: y! N- Y. ^( E7 @
说到这个话题,首先最好要明白,这是属于西方科学——数学范畴的问题,既然属于西方数学的范畴,那么你就得用它的思维方式和语言来谈论,而不能用日常生活的话语来谈论,大家说是不?研究唐诗宋词你就得用古汉语,研究俳句你就得融入日本文化,那么探讨这个0.9…与1的关系之类的问题,当然就得用规范的数学语言,也就是行话,大家说对吧?
就我所知,在西方数学中,是有数系的说法的。数系最简单的是自然数系,就是从1、2、3……等一直数下去,继而是“比例数”系,这个比例数一定要强调,就是两个自然数之比,现在的教材都翻译为有理数,把人弄糊涂了。其实好像数学天才陶哲轩也是主张翻译成“比例数”的,因为本来比例数的定义就是“自然数/自然数”,那么凡是不能用两个自然数之比来表达的数比如√2,就叫“非比例数”,这比什么有理数无理数清楚明白多了。当初我在学校学习这个有理数无理数的时候就纳闷了,既然都无理了,为什么还敢出来……搞不懂,不敢问老师,话说上学时有太多感觉不合常理的东西,都不敢问老师……
那么回过头来说,这个0.9…到底是指什么呢?是{0.9, 0.99, 0.999, ...}这个无穷序列,还是单纯指一个数?在这里我倾向于后者。实际上前者的形式只是为了让人好理解而已,其目的是为了让人明白无穷数列的极限并不包含在数列之中。
有朋友说,既然 0.1...=1/9,那么 0.9... = 0.1... × 9 = 1/9 × 9 = 1,是再明显不过的了,于是 0.9... = 1 得证。如果仅仅看结果而不看过程的话,即使是再高明的大数学家,对这个结果也会无话可说。但是话说回来,如果我们是那种搞粗放种植的庄户人,我们就完全不必费那么多心思,琢磨这种细枝末节的东西,就一锄一个坑,然后把种子撒进去,敷上土拉倒。但是这个活却不像种庄稼那么粗糙,它就像制作机械表。我感觉,设计农用大马力拖拉机的工程师,如果不经学习,应该设计不了精密机械表,也就是说,研究精密的东西,你得思维也得要匹配,也得要精密细致起来。
我们知道实数系里面有两种数,一种是“比例数”,一种是“非比例数”。那么0.9...到底是比例数,还是非比例数?我反正是找不到它的比例数表达式,只好把它当作非比例数。但是0.1...=1/9,却是一个不折不扣的比例数,还有0.3...=1/3也是。这样一来,就能看出上面那个证明的错误所在了。0.1...是比例数,9也是比例数,两个比例数相乘,怎么就能得出非比例数0.9...呢?所以那个证明,从分析的角度来看,我觉得有点似是而非。因为数学运算除了六种基本代数运算加减乘除乘方开方外,还有一种极限运算即lim运算,而后者正是所谓高等数学的基础。说点题外话,高等数学这个名称本身就拒人于千里之外,好像是高等人才能学的一样……
要严格探讨0.9...与1的关系,就需要借助更深一层的数学思维。比方说,实数的戴德金分割,也就是数轴的分割。在一条一维数轴上,不知道有多少数,但可以肯定的是,每个数的两边都有数,且每两个数之间都有无穷多个数,更让粗思维的人困惑的是,“我们无法写出紧挨着一个数的另一个数”,这句话里面蕴含着“连续性”的意思。比方说,紧挨着1的自然数是2,但紧挨着1的实数是多少,是1.0...(无穷个0)1吗?在楼主看来,无穷这个词跟无知是等价的……当然这个问题在这里不做深入讨论。
我们把实数系即数轴做一个分割,也就是分成两部分,其中左边的数都小于右边的数,那么这个分割的界限,根据其理论,要么是比例数,要么是非比例数。那么我们把数轴比方说分成(-∞, 1)与[1, +∞)两部分,那么这个分割的界限就是比例数1,且这个界限属于右区间,而不是左区间。这个时候,不知道大家注意到没有,那就是在左区间,存在最大的数吗?这个最大的数是多少,你能写出来吗?右区间最小的数是1,可左区间最大的数是多少?你在网上搜索到的这些问题的答案,都很让人困惑,包括楼主。还有,就这个分割看来,应该是包含了全部的实数了,那么那个所谓的0.9...,肯定也是被包含在其中了。那么它是被包含在左边还是右边呢?显而易见是在左边。那么它跟1之间到底相差多少呢?从非标准分析的观点来看,相差一个无穷小。那么为什么大家都说0.9...=1呢?而又有人说不相等呢?因为从非标准分析的观点看来,相差一个无穷小的两个数可以认为是等价的。但对于普通人来讲,等价跟相等差别不大,所以也可以认为它们相等。就像y=x^2的导数或者说微分,或者说微商或差商的极限,严格来说,其表达式应该是△y/△x=2x+o(x),但是大家都默认是y'=2x一样,二者只相差一个无穷小。所以有学者认为微积分的精髓就是“略去高阶无穷小”。明白了这其中的因由,你就能体会到那种从看山是山,到看山不是山,到最后看山又是山的感觉了。
说实话,我觉得对有志于补习一点微积分知识的初学者来说,上面说的这些简单的提纲,如果你能明白一些,不知能给你节省多少时间,而且还是彻底清楚明白的掌握微积分,而不是云里雾里,只会查手册套公式,套起来心里还没底。话说外行照抄答案都不一定能抄对。当然了,在机械必威APP精装版下载里谈这些东西,难免有卖弄的嫌疑,但我是知无不言,并且我把好多专业名词术语给白话化了,但也有好多话题没有展开。因为我认为思维无分贵贱,很多时候并不是作者所谈的东西人家不明白,而是作者没能说得人家能明白。当然了,如果真的一点儿基础也没有,也真让别人难为其说了。

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点评

我在高三时候考虑过这个问题,还写了篇东西论证得到老师的肯定,后来忙于高考和游戏就荒了 发表于 2012-9-13 10:58
引起我的兴趣了 发表于 2012-9-11 13:17

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2#
楼主 | 发表于 2012-9-11 11:39:07 | 只看该作者
这个行间距很小,不知道怎么调行间距。

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至今不会求数值解的飘过 发表于 2012-9-21 18:18
深有体会,最近重新研究机械原理时,发现要先研究下理论力学,但在研究理论力学时,又发现还是要先研究了高等数学再说 发表于 2012-9-13 21:21
想搞好机械设计,似易而实难…… 发表于 2012-9-11 15:04
研究代数的目的是为了学好微积分,学好微积分的目的是为了学好力学,学好力学的目的是为了搞好机械设计。 发表于 2012-9-11 15:04
3#
发表于 2012-9-11 11:59:54 | 只看该作者
看完了!!!!好!!勾起了我对微积分没好的回忆
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发表于 2012-9-11 12:05:09 | 只看该作者
{:soso_e183:}
5#
发表于 2012-9-11 14:30:56 | 只看该作者
0.99999....是有理数。

点评

能否写出它的比例式? 发表于 2012-9-11 15:00
6#
发表于 2012-9-11 14:45:16 | 只看该作者
楼主功力高深,厉害!不过,这句话:“那么它是被包含在左边还是右边呢?显而易见是在左边。那么它跟1之间到底相差多少呢?从非标准分析的观点来看,相差一个无穷小。”您再仔细想想?
* v7 w) V; T3 N" \
8 o! X2 _) O! A! A您认为0.9999....与1之间差一个无穷小量,正是见山不是山啊。多有得罪,请原谅。

点评

又从 1/9=0.1111..., 12/99=0.121212..., 123/999=0123123123....,可知999/999=0.9999...,即1=0.9999....,或用无穷级数求和也可得出0.9999...=1. 这个题也有助于思考飞矢不动或龟兔赛跑等悖论。 发表于 2012-9-11 15:38
因0.9999....=1,故在右边。左边最后一个数不能确定,它比1小且紧挨着1,但正如你说的“我们无法写出紧挨着一个数的另一个数”。另:0.9999....=1/1,此即为其比例数表达式。 发表于 2012-9-11 15:32
您认为是在左边还是右边?左区间的最后一个数是什么? 发表于 2012-9-11 15:01
7#
发表于 2012-9-11 14:57:58 | 只看该作者
0.99999....和1之间不是相差一个无穷小, 是丝毫不差.
. F1 s; Q1 U& M4 e, \
6 e$ x) B; I- c: z7 {+ ?设 x = 0.99999.../ Q% k6 V" K3 I+ s+ K0 O
那么10x - x = 9.999999.... - 0.99999.... = 9+ q, v) T# P5 u9 o8 U H
即 9x = 9
( n: y. p* `' G所以必有 x = 1
8#
发表于 2012-9-11 15:11:53 | 只看该作者
无限循环小数就是有理数。说白了,这道题就是等比数列求极限。
9#
发表于 2012-9-12 13:13:14 | 只看该作者
头痛。我想我没有数学脑细胞!
10#
发表于 2012-9-12 23:43:51 | 只看该作者
感觉回到教室了
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