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一、无限小数在实数中的意义

这是三年以前写的一篇博客文章,原题叫《给初中生们讲解无限小数、无理数,以及0.999…等于1的问题》。后来被转载到百度百科的“无限小数”词条。本来是有出处的,后来博客被关闭,出处也被删掉了。原文如下:

0.99...=1这个结果是数学上确定的东西,但通常的解释都是要用极限理论的,对于一些中学生和某些没有很好理解极限理论的大学生们来说,他们还是有很多疑问的。因此,有些人想用各种迂回的办法说服他们,但这些解释往往又是不彻底的,很难有说服力。
今天我来用初等几何的方法给一个最接近极限理论和实数理论的解释。只要学过初中的平面几何,就应该能看懂。但我要讲的内容不仅限于此。如果你只对0.999…等于1的问题感兴趣,可以只看第四部分。但我相信其它部分对你也会有帮助的。
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0.99...循环是否等于1?(连载开始)

我发现,通过从不同角度对这个问题的探讨,可以把数学上对无穷的各种观点都串联起来。以这个问题为线索,可以写一大篇不错的数学科普文章。

本系列文章皆出自笔者以前的博客和在百度贴吧参与的讨论。由于时间有限,又三年左右没有碰过数学,文中难免有不当之处,敬请指正;有些话题未深入探讨,也属无奈;本人并非擅长文笔,有词语不通之处也望见谅。

本系列文章分两个大部分:
第一部分,论述这个问题在实数范围内是确定无疑的,其中又分两个小部分:第一小部分是用数轴讨论无限小数的意义,不涉及到实数定义之类,再补充对除法运算的论述,保证初中生能看懂。第二小部分略述实数定义,属于选读内容,对于没有高等数学基础的人,只要知道大概思路和大概过程就可以,对那些具体的数学概念和推导细节不用深究。
第二部分:理念中的无穷。基于第一部分的讨论,我们知道,在实数和极限定义的背景下,这是个确定无疑的命题,因此没有更多的讨论空间了。然而虽然第一部分包含一些极限的思想,也有无穷的观念在里面,但学过极限的人可以看到,在极限的定义中并没有涉及到真正的实无穷,第一部分也没有涉及到有关无穷的哲学问题:无穷真的客观存在吗?如果不是,数学讨论无穷的意义何在?实无穷有哪些特性是我们有限的世界中没有的?这部分还将讨论无穷的悖论问题。