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很多人在修完高数后,对无穷小的理解仍然很模糊。
这句话是大一时高数老师讲的。确实,横跨十七、十八世纪的第二次数学危机,爆发的原因就是人们意识到数学上对“无穷小”这个概念并没有一个严谨的定义。后来在柯西等数学家的努力下,无穷小终于扎下了严密的逻辑根基。这里不去从严格的数学形式上讨论无穷小,但借助于1-0.999…,我们将更直观地理解无穷小的奇妙性质,及它与0的区别。
0.999…是关于9的无限循环小数,它是否等于1,即1-0.999…是否等于0,曾在网上掀起了轩然大波。大部分网友认为1-0.999…=0,还有一部分网友认为1-0.999…=0不成立。
1-0.999…=1-3×0.333…=1-3×1/3=1-1=0这样的证明方式,结果是正确的,但是它并不严谨,数学上严格的证明可从戴德金分割及有理数的定义出发去实现。由于1-0.999…=0.000…1,只看0.000…01的形式,我们会误以为它就是一个标准的无穷小,但匪夷所思的是它严格等于0,可以认为0.000…01只是0的无限小数的表示形式。
肯定的一点是,如果1-0.999…=0不成立,那么1-0.999…=ε就会成立,ε是无穷小。这就意味着1-0.999…即0与无穷小ε是不同的。
无穷小ε,我们可以将它写为1/n,当自然数n趋向于无穷大时,ε=1/n就是一个无穷小量。但是,自然数是没有上限的,因此n永远不可能达到无穷大,这就表明1/n永远不可能严格等于0。由此我们看出,无穷小ε永远是大于0的,但任意给定一个不为0的实数A,ε都会比它小,即0<ε<A。这也就表明,ε只是可以任意趋向于0的数的集合,对于任意不为0的实数A,集合ε中总存在着一个元素,使得这个元素小于A。
如果我们将ε写成0.000…01的形式,就会发现,小数点到1之间的0的数量会很大,但始终是有限的,这也就说明了1-0.999…等于0而不是无穷小ε的原因。
无穷小与0的区别,明白了吗?
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