为什么会存在无理数?


有理数在英语中是rational number 。rational通常的意义是“理性的” 。近代翻译西方科学著作 。依据日语中的翻译方法 。把它译成了“有理数” 。其实这个词来源于古希腊 。词根ratio是比例的意思 。所以说更让我们理解的翻译方法叫做比例数(有理数) 。非比例数(无理数) 。
数的扩展
自然数
人类最早认识的数是0、1、2、3、4、5……这就是我们所熟悉的自然数 。
整数
自然数对于加法和乘法是封闭的 。减法就不一定了 。比如说 。1-2等于多少 。通过减法将数扩展到整数 。在整数范围内 。对于加法、减法、乘法是封闭的 。
比例数(有理数)
通过对整数进行除法 。数扩展到了比例数(有理数 。将整数及0可以视为一种特殊的分数)
非比例数(无理数)
有理数具有稠密性 。但有理数却不是完备的 。也就是说有理数有空隙 。无理数则填补了这个空隙 。
实数

为什么会存在无理数?

文章插图
毕达哥拉斯学派
毕达哥拉斯的个重大发现就是毕达哥拉斯定理 。根号2引发了第一次数学危机 。这次数学危机持续了很长时间 。直到柯西、微尔斯特拉斯、戴德金等人的杰出工作才算是彻底解决 。可以这么说吧 。毕达哥拉斯定理只是无理数产生的一个契机 。其根源在于人类的理性思考 。
其他观点:
大约上世纪80年代 。曾经在《数学物理学》(英文)刊物上读到一篇关于芝诺悖论的论文 。不过它讲的是量子连续测量
问题的 。虽然芝诺悖论已在二十多年前 。在公理化集合论框架内已经解决 。但它在物理学内继续成为问题 。今天 。我们对无理数在实数连续统内的地位 。仍在讨论 。
其他观点:
毕达哥拉斯 (Pythagqras,约公元前885年至公元前400年间) 。从小就很聪明 。一次他背着柴禾从街上走过 。一位长者见他捆柴的方法与别人不同 。便说:“这孩子有数学才能 。将来会成为一个大学者 。”他闻听此言 。便摔掉柴禾南渡地中海到泰勒斯门下去求学 。毕达哥拉斯本来就极聪明 。经泰勒一指点 。许多数学难题在他的手下便迎刃而解 。其中 。他证明了三角形的内角和等于180度;能算出你若要用瓷砖铺地 。则只有用正三角、正四角、正六角三种正多角砖才能刚好将地铺满 。还证明了世界上只有五种正多面体 。即:正4、6、8、12、20面体 。他还发现了奇数、偶数、三角数、四角数、完全数、友数 。直到毕达哥拉斯数 。然而他最伟大的成就是发现了后来以他的名字命名的毕达哥拉斯定理(勾股弦定理) 。即:直角三角形两直角边为边长的正方形的面积之和等于以斜边为边长的正方形的面积 。据说 。这是当时毕达哥拉斯在寺庙里见工匠们用方砖铺地 。经常要计算面积 。于是便发明了此法 。
毕达哥拉斯将数学知识运用得纯熟之后 。觉得不能只满足于用来算题解题 。于是他试着从数学领域扩大到哲学 。用数的观点去解释一下世界 。经过一番刻苦实践 。他提出“凡物皆数”的观点 。数的元素就是万物的元素 。世界是由数组成的 。世界上的一切没有不可以用数来表示的 。数本身就是世界的秩序 。毕达哥拉斯还在自己的周围建立了一个青年兄弟会 。在他死后大约200年 。他的门徒们把这种理论加以研究发展 。形成了一个强大的毕达哥拉斯学派 。
一天 。学派的成员们刚开完一个学术讨论会 。正坐着游船出来领略山水风光 。以驱散一天的疲劳 。这天 。风和日丽 。海风轻轻的吹 。荡起层层波浪 。大家心里很高兴 。一个满脸胡子的学者看着辽阔的海面兴奋地说:“毕达哥拉斯先生的理论一点都不错 。你们看这海浪一层一层 。波峰浪谷 。就好像奇数、偶数相间一样 。世界就是数字的秩序 。”“是的 。是的 。”这时一个正在摇桨的大个子插进来说:“就说这小船和大海吧 。用小船去量海水 。肯定能得出一个精确的数字 。一切事物之间都是可以用数字互相表示的 。”
“我看不一定 。”这时船尾的一个学者突然提问了 。他沉静地说:“要是量到最后 。不是整数呢?”
“那就是小数 。”“要是小数既除不尽 。又不能循环呢?”
“不可能 。世界上的一切东西 。都可以相互用数字直接准确地表达出来 。”
这时 。那个学者以一种不想再争辩的口气冷静地说:“并不是世界上一切事物都可以用我们现在知道的数来互相表示 。就以毕达哥拉斯先生研究最多的直角三角形来说吧 。假如是等腰直角三角形 。你就无法用一个直角边准确地量出斜边来 。”

推荐阅读