Что такое вещественное число
Перейти к содержимому

Что такое вещественное число

Вещественные числа — что это такое

vedro-compota's picture

Вещественные числа — числа, которые обладают дробной частью.

Они могут быть как положительными, так и отрицательными. Дробная часть также может быть нулевой, тогда число называют целым (множество целых числе является подмножеством множества вещественных чисел, т.е. целое число это просто частный случай вещественного — также, как, например, русские люди являются подмножеством жителей Евразии).

Примеры вещественных чисел:

12 56.7 0 1242342345345246 -23456.43 5.0 5 -23

Key Words for FKN + antitotal forum (CS VSU):

  • Вещественные числа — что это такое понятное объяснение
  • вещественные числа

Что такое вещественные числа?

lazalu68

Множество вещественных чисел это объединение множеств чисел рациональных и иррациональных.

1 — рациональное число.
Число Пи — иррациональное.
Оба вещественные.

Для того чтобы на практике прочувствовать что такое вещественные числа и в чем их отличие, достаточно в консоли сложить 0.1 и 0.2

Ответ написан более трёх лет назад
Комментировать
Нравится 3 Комментировать
Ответы на вопрос 2

iiiBird

Пока ты спишь — твой конкурент совершенствуется

Понятным и доступным языком напишите

Были натуральные числа. тобишь те, которые использовали при счете: 1, 2, 3 . а потом кому то понадобились и отрицательные числа включить туда и дробные, и иррациональные. и он их назвал вещественными. тобишь вещественные числа — это те же натуральные, но еще и включает отрицатаельные, иррациональные и дроби.
p.s. вот нарыл книгу матана. хорошо расписано: matematika.phys.msu.ru/files/a_stud_gen/171/matan.pdf

Вещественное число

Веще́ственное, или действи́тельное число [1] — математическая абстракция, возникшая из потребности измерения геометрических и физических величин окружающего мира, а также проведения таких операций как извлечение корня, вычисление логарифмов, решение алгебраических уравнений [2] .

Если натуральные числа возникли в процессе счета, рациональные — из потребности оперировать частями целого, то вещественные числа предназначены для измерения непрерывных величин. Таким образом, расширение запаса рассматриваемых чисел привело к множеству вещественных чисел, которое помимо чисел рациональных включает также другие элементы, называемые иррациональными числами.

Наглядно понятие вещественного числа можно представить себе при помощи числовой прямой. Если на прямой выбрать направление, начальную точку и единицу длины для измерения отрезков, то каждому вещественному числу можно поставить в соответствие определённую точку на этой прямой, и обратно, каждая точка будет представлять некоторое, и притом только одно, вещественное число. Вследствие этого соответствия термин числовая прямая обычно употребляется в качестве синонима множества вещественных чисел.

Понятие вещественного числа прошло долгий путь становления. Ещё в Древней Греции в школе Пифагора, которая в основу всего ставила целые числа и их отношения, было открыто существование несоизмеримых величин (несоизмеримость стороны и диагонали квадрата), то есть в современной терминологии — чисел, не являющихся рациональными. Вслед за этим Евдоксом Книдским была предпринята попытка построить общую теорию числа, включавшую несоизмеримые величины. После этого, на протяжении более двух тысяч лет, никто не ощущал необходимости в точном определении понятия вещественного числа, несмотря на постепенное расширение этого понятия [3] . Лишь во второй половине XIX века, когда развитие математического анализа потребовало перестройки его основ на новом, более высоком уровне строгости, в работах К. Вейерштрасса, Р. Дедекинда, Г. Кантора, Э. Гейне, Ш. Мере [3] была создана строгая теория вещественных чисел.

С точки зрения современной математики, множество вещественных чисел — непрерывное упорядоченное поле. Это определение, или эквивалентная система аксиом, в точности определяет понятие вещественного числа в том смысле, что существует только одно, с точностью до изоморфизма, непрерывное упорядоченное поле.

\mathbb<R></p> <p>Множество вещественных чисел имеет стандартное обозначение — <big><b>R</b></big> («полужирное R»), или » width=»» height=»» /> (англ. <i>blackboard bold</i> «R») от лат. <i>realis</i> — действительный.</p> <h3>История становления понятия вещественного числа</h3> <h4>Наивная теория вещественных чисел</h4> <p>Первая развитая числовая система, построенная в Древней Греции, включала только натуральные числа и их отношения (пропорции, в современном понимании — рациональные числа). Однако вскоре выяснилось, что для целей геометрии и астрономии этого недостаточно: например, отношение длины диагонали квадрата к длине его стороны не может быть представлено ни натуральным, ни рациональным числом [4] .</p> <p>Для выхода из положения Евдокс Книдский ввёл, в дополнение к числам, более широкое понятие <i>геометрической величины</i>, то есть длины отрезка, площади или объёма. Теория Евдокса дошла до нас в изложении Евклида («Начала», книга V). По существу, теория Евдокса — это геометрическая модель вещественных чисел. С современной точки зрения, число при таком подходе есть <i>отношение</i> двух однородных величин — например, исследуемой и единичного эталона. Следует, однако, подчеркнуть, что Евдокс остался верен прежней традиции — он не рассматривал такое отношение как число; из-за этого в «Началах» многие теоремы о свойствах чисел затем заново доказываются для величин. Классическая теория Дедекинда для построения вещественных чисел по своим принципам чрезвычайно похожа на изложение Евдокса. Однако модель Евдокса неполна во многих отношениях — например, она не содержит аксиомы непрерывности, нет общей теории арифметических операций для величин или их отношений и др. [5] </p> <p>Ситуация начала меняться в первые века н. э. Уже Диофант Александрийский, вопреки прежним традициям, рассматривает дроби так же, как и натуральные числа, а в IV книге своей «Арифметики» даже пишет об одном результате: «Число оказывается не рациональным» [6] . После гибели античной науки на передний план выдвинулись индийские и исламские математики, для которых любой результат измерения или вычисления считался числом. Эти взгляды постепенно взяли верх и в средневековой Европе [7] , где поначалу разделяли рациональные и <i>иррациональные</i> (буквально: неразумные) числа (их называли также мнимыми, абсурдными, глухими и т. п.). Полное уравнение в правах иррациональных чисел связано с трудами Симона Стевина (конец XVI века), который провозгласил [6] :</p> <table style= Мы приходим к выводу, что не существует никаких абсурдных, иррациональных, неправильных, необъяснимых или глухих чисел, но что среди чисел существует такое совершенство и согласие, что нам надо размышлять дни и ночи над их удивительной законченностью.

Он же, с некоторыми оговорками, легализовал отрицательные числа, а также развил теорию и символику десятичных дробей, которые с этого момента начинают вытеснять неудобные шестидесятеричные.

Спустя столетие Ньютон в своей «Универсальной арифметике» (1707) даёт классическое определение (вещественного) числа как отношения результата измерения к единичному эталону [8] :

Под числом мы понимаем не столько множество единиц, сколько отвлечённое отношение какой-нибудь величины к другой величине того же рода, принятой за единицу.

Долгое время это прикладное определение считалось достаточным, так что практически важные свойства вещественных чисел и функций не доказывались, а считались интуитивно очевидными (из геометрических или кинематических соображений). Например, считался самоочевидным тот факт, что непрерывная кривая, точки которой расположены по разные стороны от некоторой прямой, пересекает эту прямую. Строгое определение понятия непрерывности также отсутствовало [9] . Как следствие, немало теорем содержали ошибки, нечёткие или чрезмерно широкие формулировки.

Даже после того, как Коши разработал достаточно строгий фундамент анализа, положение не изменилось, поскольку теории вещественных чисел, на которую обязан был опираться анализ, не существовало. Из-за этого Коши сделал немало ошибок, положившись на интуицию там, где она приводила к неверным выводам: например, он полагал, что сумма ряда из непрерывных функций всегда непрерывна.

Создание строгой теории

Первую попытку заполнить пробел в основаниях математики сделал Бернард Больцано в своей статье «Чисто аналитическое доказательство теоремы, что между любыми двумя значениями, дающими результаты противоположного знака, лежит по меньшей мере один действительный корень уравнения» (1817). В этой пионерской работе ещё нет целостной системы вещественных чисел, но уже приводится современное определение непрерывности и показывается, что на этой основе теорема, упомянутая в заглавии, может быть строго доказана [10] . В более поздней работе [11] Больцано даёт набросок общей теории вещественных чисел, по идеям близкой к канторовской теории множеств [12] , но эта его работа осталась неопубликованной при жизни автора и увидела свет только в 1851 году. Взгляды Больцано значительно опередили своё время и не привлекли внимания математической общественности.

Современная теория вещественных чисел была построена во второй половине XIX века, в первую очередь трудами Вейерштрасса, Дедекинда и Кантора. Они предложили различные, но эквивалентные подходы к теории этой важнейшей математической структуры и окончательно отделили это понятие от геометрии и механики.

Конструктивные способы определения вещественного числа

Основная статья: Конструктивные способы определения вещественного числа

\mathbb<Q></p> <p>При конструктивном определении понятия вещественного числа, на основе известных математических объектов (например, множества рациональных чисел » width=»» height=»» />), которые принимают заданными, строят новые объекты, которые, в определённом смысле, отражают наше интуитивное понимание о понятии вещественного числа. Существенным отличием между вещественными числами и этими построенными объектами является то, что первые, в отличие от вторых, понимаются нами лишь интуитивно и <i>пока</i> не являются строго определённым математическим понятием.</p> <p>Эти объекты и объявляют вещественными числами. Для них вводят основные арифметические операции, определяют отношение порядка и доказывают их свойства.</p> <p>Исторически первыми строгими определениями вещественного числа были именно конструктивные определения. В 1872 году были опубликованы одновременно три работы: теория фундаментальных последовательностей Кантора, теория Вейерштрасса (в современном варианте — теория бесконечных десятичных дробей) и теория сечений в области рациональных чисел Дедекинда [3] [13] .</p> <h4>Теория фундаментальных последовательностей Кантора</h4> <p>В данном подходе вещественное число рассматривается как предел последовательности рациональных чисел. Чтобы последовательность рациональных чисел сходилась, на неё накладывается <i>условие Коши</i>:</p> <p><img decoding=

0 \; \exists N(\varepsilon): \; \forall n > N(\varepsilon) \; \forall m > 0 \; | a_ — a_n | < \varepsilon " width="" height="" />

Смысл этого условия заключается в том, что члены последовательности, начиная с некоторого номера будут лежать сколь угодно близко друг от друга. Последовательности, удовлетворяющие условию Коши, называются фундаментальными.

Вещественное число, определяемое фундаментальной последовательностью рациональных чисел \<a_n\>» width=»» height=»» />, обозначим <img decoding=.

Два вещественных числа

\alpha = [a_n]и \beta = [b_n],

определённые соответственно фундаментальными последовательностями \<a_n\>» width=»» height=»» /> и <img decoding=» width=»» height=»» />, называются равными, если

 \lim_<n \to \infty></p> <p> \left ( a_n — b_n\right ) = 0 » width=»» height=»» /></p> <p>Если даны два вещественных числа <img decoding=и \beta = [b_n], то их суммой и произведением называются числа, определённые соответственно суммой и произведением последовательностей \<a_n\>» width=»» height=»» /> и <img decoding=» width=»» height=»» />:

 \alpha + \beta \overset</p> <p>> [a_n + b_n] \qquad \alpha \cdot \beta \overset> [a_n \cdot b_n] » width=»» height=»» /></p> <p>Отношение порядка на множестве вещественных чисел устанавливается посредством соглашения, в соответствии с которым число <img decoding=по определению больше числа \beta=[b_n], то есть \alpha >\beta» width=»» height=»» />, если</p> <p><img decoding=

0 \; \exists N: \; \forall n > N \; a_n \geqslant b_n + \varepsilon » width=»» height=»» />

Способ построения множества вещественных чисел с помощью фундаментальных последовательностей рациональных чисел является частным случаем конструкции пополнения произвольного метрического пространства. Как и в общем случае, полученное в результате пополнения множество вещественных чисел само уже является полным, то есть содержит пределы всех фундаментальных последовательностей своих элементов.

Теория бесконечных десятичных дробей

Вещественное число определяется как бесконечная десятичная дробь, то есть выражение вида

 \pm a_0,a_1 a_2 \ldots a_n \ldots

где \pmесть один из символов +или -, называемый знаком числа, a_0— целое неотрицательное число, a_1, a_2, \ldots a_n, \ldots— последовательность десятичных знаков, то есть элементов числового множества \<0, 1, \ldots 9\>» width=»» height=»» />.</p> <p>Бесконечная десятичная дробь интерпретируется как такое число, которое на числовой прямой лежит между <i>рациональными</i> точками вида</p> <p> <img decoding=и \pm \left ( a_0,a_1 a_2 \ldots a_n + 10^<-n>\right )» width=»» height=»» /> для всех <img decoding=

Сравнение вещественных чисел в форме бесконечных десятичных дробей производится поразрядно. Например, пусть даны два неотрицательных числа

 \begin</p> <p> \alpha & = + a_0, a_1 a_2 \ldots a_n \ldots \\ \beta & = + b_0, b_1 b_2 \ldots b_n \ldots \end » width=»» height=»» /></p> <p>Если <img decoding=, то \alpha <\beta; если a_0 >b_0″ width=»» height=»» /> то <img decoding=\beta» width=»» height=»» />. В случае равенства a_0 = b_0переходят к сравнению следующего разряда. И так далее. Если \alpha \neq \beta, то после конечного числа шагов встретится первый разряд n, такой что a_n \neq b_n. Если a_n < b_n, то \alpha <\beta; если a_n >b_n» width=»» height=»» /> то <img decoding=\beta» width=»» height=»» />.

a_0,a_1 a_2 \ldots a_n (9) = a_0,a_1 a_2 \ldots a_n + 10^<-n></p> <p>Однако, при этом следует учитывать, что число » width=»» height=»» />. Поэтому если запись одного из сравниваемых чисел, начиная с некоторого разряда, представляет собой периодическую десятичную дробь, у которой в периоде стоит 9, то её следует заменить на эквивалентную запись, с нулём в периоде.</p> <p>Арифметические операции над бесконечными десятичными дробями определяются как <i>непрерывное продолжение</i> [14] соответствующих операций над рациональными числами. Например, суммой вещественных чисел <img decoding=и \betaназывается вещественное число \alpha + \beta, удовлетворяющее следующему условию:

 \forall a

Аналогично определяет операция умножения бесконечных десятичных дробей.

Теория сечений в области рациональных чисел

В подходе Дедекинда вещественные числа определяются с помощью сечений в множестве рациональных чисел.

Сечением в множестве рациональных чисел \mathbb<Q>» width=»» height=»» /> называется всякое разбиение совокупности всех рациональных чисел на два непустых <i>класса</i> — <i>нижний</i> <img decoding=и верхний A, так что каждое число из нижнего класса строго меньше всякого числа из верхнего:

 \mathbb<Q></p> <p> = A \cup A» width=»» height=»» /></p> <p>Если существует число <img decoding=, которое является максимальным в нижнем классе, либо минимальным в верхнем классе, то это число разделяет множества Aи A: числа нижнего и верхнего классов лежат по разные стороны от \alpha. Говорят также, что рациональное число \alphaпроизводит данное сечение множества рациональных чисел.

Если же в нижнем классе сечения нет максимального элемента, а в верхнем — минимального, то не существует никакого рационального числа, которое разделяло бы множества Aи A. В этом случае по определению полагают, что данное сечение определяет некоторое иррациональное число \alpha, которое находится между нижним и верхним классами, и тем самым производит данное сечение. Иначе говоря, для всякого сечения, не производимого никаким рациональным числом, вводят новый объект — иррациональное число, которое по определению больше всякого числа из нижнего класса и меньше всякого числа из верхнего класса:

\forall a \in A, \forall a

Объединение всех рациональных и всех иррациональных чисел называют множеством вещественных чисел, а его элементы — вещественными числами.

Арифметические операции над вещественными числами определяются как непрерывное продолжение соответствующих операций над рациональными числами. Например, суммой вещественных чисел \alphaи \betaназывается вещественное число \alpha + \beta, удовлетворяющее следующему условию:

 \forall a

Аксиоматический подход

Построить множество вещественных чисел можно разными способами. В теории Кантора вещественные числа — классы эквивалентных фундаментальных последовательностей рациональных чисел, в теории Вейерштрасса — бесконечные десятичные дроби, в теории Дедекинда — сечения в области рациональных чисел. Во всех этих подходах в результате мы получаем некоторое множество объектов (вещественных чисел), обладающих определёнными свойствами: их можно складывать, умножать, сравнивать между собой. Более того, коль скоро установлены свойства этих объектов, мы можем больше не апеллировать к тем конкретным конструкциям, с помощью которых они были построены.

В математике важна не конкретная природа объектов, а лишь математические соотношения, существующие между ними.

Для человека, который исследует математическое понятие количество элементов, безразлично, о чём говорить — о трёх яблоках или о трёх камнях, и их съедобность или несъедобность значения не имеет. В процессе отвлечения от несущественных признаков, то есть абстрагирования (лат. abstractio — отвлечение), он приходит к тому общему, что есть у трёх яблок и трёх камней — количеству элементов. Так возникает абстрактное понятие натурального числа. С этой точки зрения три яблока и три камня — две конкретные реализации, модели абстрактного понятия «число три».

Точно так же классы фундаментальных последовательностей рациональных чисел, бесконечные десятичные дроби, сечения в области рациональных чисел являются лишь конкретными реализациями, моделями вещественного числа. А само понятие вещественного числа определяется существующими для него математическими соотношениями. Коль скоро они установлены, определено и понятие вещественного числа.

Здесь уместно привести знаменитое высказывание Д. Гильберта, основоположника системного аксиоматического метода в математике, который, имея в виду аксиоматизацию геометрии, как-то заметил:

Давид Гильберт [15]

Аксиоматика вещественных чисел

\R

Множество называется множеством вещественных чисел, а его элементы — вещественными числами, если выполнен следующий комплекс условий, называемый аксиоматикой вещественных чисел:

Аксиомы поля

\R

На множестве определено отображение (операция сложения)

+ : \R \times \R \to \R

сопоставляющее каждой упорядоченной паре элементов a, bиз \Rнекоторый элемент cиз того же множества \R, называемый суммой aи b( a+bэквивалентная запись элемента cмножества \R).

\R

Также, на множестве определено отображение (операция умножения)

\cdot : \R \times \R \to \R

сопоставляющее каждой упорядоченной паре элементов a, bиз \Rнекоторый элемент a \cdot b, называемый произведением aи b.

При этом имеют место следующие свойства.

\text<I>_. » width=»» height=»» /> <i>Коммутативность сложения.</i> Для любых <img decoding=  a + b = b + a \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Ассоциативность сложения.</i> Для любых <img decoding=  a + (b + c) = (a + b) + c \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Существование нуля.</i> Существует элемент <img decoding=, называемый нулём, такой, что для любого a \in \R  a + 0 = a \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Существование противоположного элемента.</i> Для любого <img decoding=существует элемент -a \in \R, называемый противоположным к a, такой, что  a + (-a) = 0 \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Коммутативность умножения.</i> Для любых <img decoding=  a \cdot b = b \cdot a \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Ассоциативность умножения.</i> Для любых <img decoding=  a \cdot (b \cdot c) = (a \cdot b) \cdot c \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Существование единицы.</i> Существует элемент <img decoding=, называемый единицей, такой, что для любого a \in R  a \cdot 1 = a \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Существование обратного элемента.</i> Для любого <img decoding=существует элемент a^<-1>\in \R» width=»» height=»» />, обозначаемый также <img decoding=и называемый обратным к a, такой, что  a \cdot a^<-1>= 1 » width=»» height=»» /> <img decoding=_.» width=»» height=»» /> Дистрибутивный закон умножения относительно сложения. Для любых a, b, c \in \R  a \cdot (b + c) = a \cdot b + a \cdot c \text<I>_.» width=»» height=»» /> <i>Нетривиальность поля.</i> <i>Единица</i> и <i>ноль</i> — различные элементы <img decoding=:

1 \neq 0

Аксиомы порядка

Между элементами \Rопределено отношение \leqslant, то есть для любой упорядоченной пары элементов a,bиз \Rустановлено, выполняется соотношение a \leqslant bили нет. При этом имеют место следующие свойства.

\text<II>_.» width=»» height=»» /> <i>Рефлексивность.</i> Для любого <img decoding=

a \leqslant a

\text<II>_.» width=»» height=»» /> <i>Антисимметричность.</i> Для любых <img decoding=

(a \leqslant b) \and (b \leqslant a) \Rightarrow (a = b)

\text<II>_.» width=»» height=»» /> <i>Транзитивность.</i> Для любых <img decoding=

(a \leqslant b) \and (b \leqslant c) \Rightarrow (a \leqslant c)

\text<II>_.» width=»» height=»» /> <i>Линейная упорядоченность.</i> Для любых <img decoding=

(a \leqslant b) \or (b \leqslant a)

\text<II>_.» width=»» height=»» /> <i>Связь сложения и порядка.</i> Для любых <img decoding=

(a \leqslant b) \Rightarrow (a + c \leqslant b + c)

\text<II>_.» width=»» height=»» /><i>Связь умножения и порядка.</i> Для любых <img decoding=

(0 \leqslant a) \and (0 \leqslant b)\Rightarrow (0 \leqslant a \cdot b)

Аксиомы непрерывности

\text<III>_.» width=»» height=»» /> Каковы бы ни были непустые множества <img decoding=» width=»» height=»» /> и B \subset \mathbb<R>» width=»» height=»» />, такие что для любых двух элементов <img decoding=и b \in Bвыполняется неравенство a \leqslant b, существует такое число \xi \in \R, что для всех a \in Aи b \in Bимеет место соотношение a \leqslant \xi \leqslant b

Этих аксиом достаточно чтобы строго вывести все известные свойства вещественных чисел [16] .

На языке современной алгебры аксиомы первой группы означают, что множество \Rявляется полем. Аксиомы второй группы — что множество \Rявляется линейно упорядоченным множеством (\text<II>_» width=»» height=»» /> — <img decoding=_» width=»» height=»» />), причём отношение порядка согласовано со структурой поля \text<II>_» width=»» height=»» /> — <img decoding=_» width=»» height=»» />. Множества, удовлетворяющие аксиомам первой и второй группы, называются упорядоченными полями. Наконец, последняя группа, состоящая из одной аксиомы, утверждает, что множество вещественных чисел обладает свойством непрерывности, которое также называют полнотой. Резюмируя, можно дать эквивалентное определение множества вещественных чисел.

Определение. Множеством вещественных чисел называется непрерывное упорядоченное поле.

Непротиворечивость и категоричность аксиоматики

Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Другие системы аксиом вещественных чисел

Существуют и другие способы аксиоматизации вещественных чисел. Например, вместо аксиомы непрерывности \text<III>_.» width=»» height=»» /> можно использовать любое другое эквивалентное ей условие, или группу условий. Например, в системе аксиом, предложенной Гильбертом, аксиомы групп <img decoding=» width=»» height=»» /> и \text<II>» width=»» height=»» />, по существу, те же, что и в приведённые выше, а вместо аксиомы <img decoding=_» width=»» height=»» /> используются следующие два условия:

\text<III>_» width=»» height=»» /> <i>Аксиома Архимеда.</i> Пусть <img decoding=0″ width=»» height=»» /> [17] и b >0″ width=»» height=»» />. Тогда элемент <img decoding=можно повторить слагаемым столько раз, чтобы образовавшаяся в результате сумма превзошла b:

a + a + \ldots + a ></p> <p> b» width=»» height=»» /></p> <p><img decoding=_» width=»» height=»» /> Аксиома полноты (в смысле Гильберта). Систему \Rневозможно расширить ни до какой системы \R^<*>» width=»» height=»» />, так чтобы при сохранении прежних соотношений между элементами <img decoding=, для \R^<*>» width=»» height=»» /> выполнялись бы все аксиомы <img decoding=» width=»» height=»» />—\text<II>» width=»» height=»» />, <img decoding=_» width=»» height=»» />.

Таким образом, можно дать следующее эквивалентное определение:

Определение. Множество вещественных чисел есть максимальное архимедово упорядоченное поле

В качестве другого примера аксиоматизации вещественных чисел можно привести аксиоматику Тарского (англ.), состоящую всего из 8 аксиом.

Свойства

Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться раздел, посвящённый Свойствам вещественных чисел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Связь с рациональными числами

Очевидно, что на числовой прямой рациональные числа располагаются вперемешку с вещественными, причём множество вещественных чисел в известном смысле «плотнее» множества рациональных. Возникает закономерный вопрос, насколько часто на числовой прямой попадаются рациональные и вещественные числа и можно ли одни числа приблизить другими. Ответ на этот вопрос дают три леммы, основанные, в основном, на аксиоме Архимеда. [18]

Лемма 1. Для любого вещественного числа и любого наперёд взятого положительного рационального расстояния найдётся пара рациональных чисел, отстоящих друг от друга менее, чем на это расстояние, таких что вещественное число лежит на отрезке между этими рациональными числами.

\forall a \in \mathbb<R></p> <p> ~ \forall \varepsilon \in \mathbb_+ ~ \exists q_1,q_2 \in \mathbb: ~ (q_1 \leq a \leq q_2) \land (q_2 — q_1 < \varepsilon)

Эта лемма говорит о том, что любое вещественное число можно с заданной точностью с двух сторон приблизить рациональными числами.

Лемма 2. Между любыми двумя различными вещественными числами содержится рациональное число.

\forall a,b \in \mathbb<R></p> <p>: ~ a\neq b ~ \exists q \in \mathbb: a < q < b

Очевидным следствием из этой леммы является тот факт, что между любыми двумя несовпадающими вещественными числами содержится целое бесконечное множество рациональных. Кроме того, ещё более очевидно, что между любыми двумя различными рациональными числами содержится вещественное.

Лемма 3. Приближение вещественного числа рациональными, описанное в лемме 1, идентифицирует вещественное число единственным образом.

(\forall a,b \in \mathbb<R></p> <p> ~ \forall \varepsilon \in \mathbb_+ ~ \exists q_1,q_2 \in \mathbb: ~ (q_1 \leq a \leq q_2) \land (q_1 \leq b \leq q_2) \land (q_2 — q_1 < \varepsilon)) \Rightarrow a = b

Эти леммы прежде всего говорят о том, что множество вещественных чисел не такое «плотное» по сравнению с множеством рациональных чисел, как может показаться. Особенно ярко это иллюстрирует лемма 2. Все три леммы активно используются для доказательства различных теорем, связанных с операциями сложения и умножения вещественных чисел.

Теоретико-множественные свойства

\left(0, 1 \right)

Изначально вещественные числа были естественным обобщением рациональных, но у них впервые было обнаружено свойство несчётности, которое говорит о том, что множество вещественных чисел нельзя занумеровать, т. е. не существует биекции между множествами вещественных и натуральных чисел. Чтобы показать несчётность всего множества вещественных чисел, достаточно показать несчётность интервала . [18]

Пусть все числа указанного промежутка уже занумерованы некоторым образом. Тогда их можно выписать в следующем виде:

x_1 = 0,a_<11>a_ \cdots a_ \cdots» width=»» height=»» /> <img decoding=a_ \cdots a_ \cdots» width=»» height=»» /> \cdotsx_k = 0,a_<k1>a_ \cdots a_ \cdots» width=»» height=»» /> <img decoding=

Здесь a_<ij>» width=»» height=»» /> — <img decoding=-я цифра i-ого числа. Очевидно, что все числа указанного вида действительно принадлежат рассматриваемому промежутку, если только в каждом числе не все цифры сразу являются нулями или девятками.

Далее предлагается рассмотреть следующее число:

x = 0, d_1 d_2 \cdots d_m \cdots

d_i

Пусть каждая цифра этого числа удовлетворяет следующим трём свойствам:

  • d_i \neq 0
  • d_i \neq 9
  • d_i \neq a_<ii>» width=»» height=»» /></li> </ul> <p>Такое число действительно существует на указанном промежутке, так как оно является вещественным, не совпадает ни с нулём, ни с единицей, а десятичных цифр достаточно, чтобы третье свойство выполнялось. Кроме этого, <img decoding=интересно тем фактом, что оно не совпадает ни с одним из чисел x_j, выписанных выше, ведь иначе j-я цифра числа xсовпала бы с j-ой цифрой числа x_j. Пришли к противоречию, заключающемуся в том, что как бы числа рассматриваемого промежутка ни были занумерованы, всё равно найдётся число из этого же промежутка, которому не присвоен номер. [18]

    Это свидетельствует о том, что множество вещественных чисел не является счётным. Его мощность называется мощностью континуума.

    Обобщение вещественных чисел

    Поле вещественных чисел » width=»» height=»» /> постоянно служило в математике источником обобщений, причём в различных практически важных направлениях. Непосредственно к полю » width=»» height=»» /> примыкают следующие варианты обобщённых числовых систем.

    1. Комплексные числа. Особенно плодотворны в алгебре и анализе.
    2. Интервальные числа. Используются преимущественно в теории приближённых вычислений и в теории вероятностей.
    3. Нестандартный анализ, который добавляет к вещественным числам бесконечно малые и бесконечно большие числа (разных порядков).

    Прикладные применения

    Математическая модель вещественных чисел повсеместно применяется в науке и технике для измерения непрерывно меняющихся величин. Однако это не главное её применение, потому что реально измеренные величины всегда имеют конечное число десятичных знаков, то есть являются рациональными числами. Основное назначение этой модели — служить базой для аналитических методов исследования. Огромный успех этих методов за последние три века показал, что модель вещественных чисел в большинстве случаев достаточно адекватно отражает структуру непрерывных физических величин.

    Сказанное, конечно, не означает, что вещественная числовая прямая есть точный образ реальной непрерывной величины. Например, современной науке пока не известно, дискретны ли пространство и время или делимы неограниченно; однако даже во втором случае модель вещественных чисел для этих величин должна рассматриваться как приближённая, поскольку понятия точки пространства и момента времени представляют собой идеализации, не имеющие реального аналога. Этот фундаментальный вопрос широко обсуждается в науке, начиная с апорий Зенона. Приближённой эта модель является и в применении к величинам, которые в классической физике рассматривались как непрерывные, но в действительности оказались дискретными (квантуемыми).

    См. также

    • Непрерывность множества действительных чисел
    • Теория чисел
    • Десятичный разделитель
    • Комплексное число
    • Прямая Александрова (англ.)
    • Прямая Суслина (англ.)

    Примечания

    1. Названия вещественное число и действительное число равнозначны. Исторически в Московской математической школе использовали термин действительное число, а в Ленинградской — вещественное число. В качестве примера можно привести две классические работы:
      • Лузин, Н. Н. Теория функций действительного переменного. (Московская школа)
      • Натансон, И. П. Теория функций вещественной переменной. (Ленинградская школа)

      В современных университетских учебниках употребляются оба термина:

      • Зорич В. А. Математический анализ. (МГУ, мехмат) — действительное число
      • Ильин В. А., Позняк В. Г. Основы математического анализа. (МГУ, физфак) — вещественное число
      • Кудрявцев, Л. Д. Курс математического анализа. (МФТИ) — действительное число
      • Фихтенгольц, Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. (СПбГУ) — вещественное число
    2. См. Кудрявцев Л. Д. Курс математического анализа. — Т. 1. — С. 35-36. , а также Бурбаки Н. Очерки по истории математики. — С. 146.
    3. 123Даан-Дальмедико А., Пейффер Ж. Пути и лабиринты. Очерки по истории математики. — С. 287-289.
    4. Бурбаки Н.. Архитектура математики. Очерки по истории математики. — С. 147.
    5. История математики. — Т. I. — С. 96-101.
    6. 12Бурбаки Н.. Архитектура математики. Очерки по истории математики. — С. 150-151.
    7. История математики. — Т. I. — С. 190-191, 304-305.
    8. История математики. — Т. II. — С. 35.
    9. Бурбаки Н.. Архитектура математики. Очерки по истории математики. — С. 154.
    10. Хрестоматия по истории математики. Математический анализ. Теория вероятностей / Под ред. А. П. Юшкевича. — М .: Просвещение, 1977. — С. 171-178. — 224 с.
    11. Бернард Больцано.Парадоксы бесконечного.
    12. Рыхлик Карел. Теория вещественных чисел в рукописном наследии Больцано // ИМИ, 1958. № 11. С. 515—532.
    13. Рыбников К. А. История математики. — Т. 2. — С. 196.
    14. Поскольку на множестве вещественных чисел уже введено отношение линейного порядка, то мы можем определить топологию числовой прямой: в качестве открытых множеств возьмём всевозможные объединения интервалов вида \<x: \alpha < x < \beta\>» width=»» height=»» /></li> <li><b>↑</b><i>Рид К.</i> Гильберт. — С. 79.</li> <li><b>↑</b> См. <i>Кудрявцев Л. Д.</i> Курс математического анализа. — Т. 1.</li> <li><b>↑</b><img decoding=0) \; \overset><\Leftrightarrow>\; (a \geqslant 0) \and (a \neq 0)» width=»» height=»» />
    15. 123В. А. Ильин , В. А. Садовничий , Бл. Х. Сендов . Глава 2. Вещественные числа // Математический анализ / Под ред. А. Н. Тихонова . — 3-е изд. , перераб. и доп. — М .: Проспект, 2006. — Т. 1. — С. 44 — 45, 63 — 64. — 672 с. — ISBN 5-482-00445-7

    Литература

    Использованная литература

    • Арнольд И. В. Теоретическая арифметика. — М .: УЧПЕДГИЗ, 1938.
    • Бурбаки Н. Очерки по истории математики / пер. с франц. И. Г. Башмаковой под ред. К. А. Рыбникова. — М .: Издательство иностранной литературы, 1963.
    • Гильберт Д. Основания геометрии = Grundlagen der Geometrie / пер. с 7-го немецкого издания И. С. Градштейна под ред. П. К. Рашевского. — М.-Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1948.
    • Даан-Дальмедико А., Пейффер Ж. Пути и лабиринты. Очерки по истории математики. — Пер. с франц. — М .: МИР, 1986. — 432 с.
    • Дедекинд Р.Непрерывность и иррациональные числа = Stetigkeit und irrationale Zahlen. — 4-е исправленное издание. — Одесса: Mathesis, 1923. — 44 с.
    • Зорич В. А. Математический анализ. Часть I. — 4-е изд., испр. — М .: МЦНМО, 2002. — XVI+664 с. — ISBN 5-94057-056-9
    • Ильин В. А., Позняк Э. Г. Основы математического анализа: В 2-х ч. Часть I. — 7-е изд. — М .: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 648 с. — ISBN 5-9221-0536-1
    • История математики с древнейших времен до начала XIX столетия. В трех томах / под ред. Юшкевича. — М .: НАУКА, 1970. — Т. 1.
    • Кантор Г. Труды по теории множеств / под ред. А. Н. Колмогоров, Ф. А. Медведев, А. П. Юшкевич,. — М .: НАУКА, 1985. — (Классики науки).
    • А. Н. КолмогоровК обоснованию теории вещественных чисел // УМН. — 1946. — В. 1(11). — Т. 1. — С. 217–219.
    • Кудрявцев Л. Д. Курс математического анализа. — 5-е изд. — М .: «Дрофа», 2003. — Т. 1. — 704 с. — ISBN 5-7107-4119-1
    • Рид К. Гильберт / пер. с англ. И. В. Долгачева под ред. Р. В. Гамкрелидзе. — М .: НАУКА, 1977.
    • Рыбников К. А. История математики. — М .: Издательство Московского университета, 1963. — Т. 2.
    • Тер-Крикоров А. М., Шабунин М. И. Курс математического анализа. — 3-е изд., исправл. — М .: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 672 с. — ISBN 5-9221-0008-4
    • Фихтенгольц Г. М. Основы математического анализа. — 7-е изд. — М .: ФИЗМАТЛИТ, 2002. — Т. 1. — 416 с. — ISBN 5-9221-0196-X

    Рекомендуемая литература

    Тем, кто интересуется историей становления понятия вещественного числа, можно порекомендовать следующие две книги:

    • Даан-Дальмедико А., Пейффер Ж. Пути и лабиринты. Очерки по истории математики.
    • История математики под редакцией А. П. Юшкевича в трёх томах, М.: Наука.
    • Том 1 С древнейших времен до начала Нового времени. (1970)
    • Том 2 Математика XVII столетия. (1970)
    • Том 3 Математика XVIII столетия. (1972)

    Прекрасное подробное изложение теории построения вещественных чисел с помощью фундаментальных последовательностей, а также теории построения вещественных чисел с помощью сечений в области рациональных чисел можно найти в следующей:

    • Арнольд И. В.Теоретическая арифметика.

    Желающим познакомиться с оригинальным ходом мысли самого Р. Дедекинда можно порекомендовать ту самую брошюру, в которой в 1872 году Дедекинд изложил свою теорию вещественного числа. Эта книжка на сегодняшний день остаётся одним из самых лучших и доступных изложений предмета. Имеется русский перевод:

    • Дедекинд, Р.Непрерывность и иррациональные числа = Stetigkeit und irrationale Zahlen. — 4-е исправленное издание. — Одесса: Mathesis, 1923. — 44 с.

    Также прекрасное изложение теории Дедекинда имеется в классическом учебнике

    • Фихтенгольц, Г. М. Основы математического анализа. — 7-е изд. — М .: ФИЗМАТЛИТ, 2002. — Т. 1. — 416 с. — ISBN 5-9221-0196-X

    Построение теории вещественного числа с помощью бесконечных десятичных дробей можно найти в книгах

    • Тер-Крикоров А. М., Шабунин М. И. Курс математического анализа.
    • Ильин В. А., Познак Э. Г. Основы математического анализа: В 2-х ч. Часть I.

    Аксиоматическое изложение теории вещественного числа можно найти в книгах

    • Кудрявцев, Л. Д. Курс математического анализа. — 5-е изд. — М .: Дрофа, 2003. — Т. 1. — 704 с. — ISBN 5-7107-4119-1
    • Зорич, В. А. Математический анализ. Часть I. — Изд. 4-е, испр. — М .: «МЦНМО», 2002. — 657 с. — ISBN 5-94057-056-9

    Сущность аксиоматического метода и его сравнение с конструктивным подходом изложены Д. Гильбертом на нескольких страницах в Дополнении VI. О понятии числа в следующем издании классической работы

    • Гильберт Д. Основания геометрии = Grundlagen der Geometrie. — пер. с 7-го немецкого издания И. С. Градштейна под ред. П. К. Рашевского. — М.-Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1948.
    1,\;2,\;\ldots Натуральные числа
    Числовые системы
    Счётные
    множества
    Натуральные числа (\scriptstyle\mathbb<N>» width=»» height=»» />) • Целые (<img decoding=» width=»» height=»» />) • Рациональные (\scriptstyle\mathbb<Q>» width=»» height=»» />) • Алгебраические (<img decoding=>» width=»» height=»» />) • Периоды • Вычислимые • Арифметические
    Вещественные числа
    и их расширения
    Вещественные (\scriptstyle\mathbb<R>» width=»» height=»» />) • Комплексные (<img decoding=» width=»» height=»» />) • Кватернионы (\scriptstyle\mathbb<H>» width=»» height=»» />) • Числа Кэли (октавы, октонионы) (<img decoding=» width=»» height=»» />) • Седенионы (\scriptstyle\mathbb<S>» width=»» height=»» />) • Альтернионы • Процедура Кэли — Диксона • Дуальные • Гиперкомплексные • Суперреальные • Гиперреальные • Surreal number (<i>англ.</i>)</td> </tr> <tr> <th style=Другие
    числовые системы
    Кардинальные числа • Порядковые числа (трансфинитные, ординал) • p-адические • Супернатуральные числа
    См. также Двойные числа • Иррациональные числа • Трансцендентные • Числовой луч • Бикватернион
    • Числа
    • Математический анализ

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    • Мир (орбитальная станция)
    • День системного администратора

    Полезное

    Смотреть что такое «Вещественное число» в других словарях:

    • Вещественное число — в информатике тип данных, содержащий числа, записанные с десятичной точкой и/или с десятичным порядком. См. также: Типы данных Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь
    • вещественное число — действительное число — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы действительное число EN real number … Справочник технического переводчика
    • ВЕЩЕСТВЕННОЕ ЧИСЛО — то же, что действительное число … Большой Энциклопедический словарь
    • вещественное число — то же, что действительное число. * * * ВЕЩЕСТВЕННОЕ ЧИСЛО ВЕЩЕСТВЕННОЕ ЧИСЛО, то же, что действительное число (см. ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО) … Энциклопедический словарь
    • Вещественное число — то же, что Действительное число … Большая советская энциклопедия
    • ВЕЩЕСТВЕННОЕ ЧИСЛО — то же, что действительное число … Математическая энциклопедия
    • ВЕЩЕСТВЕННОЕ ЧИСЛО — то же, что действительное число … Естествознание. Энциклопедический словарь
    • ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО — вещественное число, положительное число, отрицательное число или нуль. Понятие Д. ч. возникло путем расширения понятия рационального числа. Необходимость этого расширения обусловлена как практическим использованием математики при выражении… … Математическая энциклопедия
    • Действительное число — вещественное число, любое положительное число, отрицательное число или нуль. Д. ч. разделяются на рациональные и иррациональные. Первые представимы как в виде рациональной дроби, т. е. дроби p/q, где р и q целые, q ≠ 0, так и в виде… … Большая советская энциклопедия
    • ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО — (вещественное число), любое положит., отрицат. число или нуль. Посредством Д. ч. выражаются результаты измерения всех физ. величин … Естествознание. Энциклопедический словарь
    • Обратная связь: Техподдержка, Реклама на сайте
    • �� Путешествия

    Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
    WordPress, MODx.

    • Пометить текст и поделитьсяИскать в этом же словареИскать синонимы
    • Искать во всех словарях
    • Искать в переводах
    • Искать в ИнтернетеИскать в этой же категории

    Вещественные числа: что такое, описание, примеры, характеристика

    Числа для ЭВМ записывают в экспоненциальной форме – так называемое нормализованное представление. Они компактны и удобочитаемы для человека. Рассмотрим, что такое вещественные числа, приведём их примеры. Разберёмся, из каких частей состоят.

    Вещественные числа: что это

    В математике величина числа не ограничена, в информатике она определяется количеством разрядов. Существует понятие переполнения разрядной сетки. Это ситуация, когда число состоит из большего количества символов, чем предполагает вычислительное устройство, например, при наличии четырёх разрядов записать число больше 9999 невозможно – недостаточно знаков.

    Вещественные числа

    Для решения проблемы достаточно перенести запятую на один символ влево или представить число как умноженное на 10 в n-й степени: 1000 * 10 или 100 * 102.

    Вещественные числа – это способ записи чисел в информатике с так называемой плавающей запятой. Это оптимальное решение между точностью, занимаемым объёмом и удобством работы с диапазоном принимаемых значений для вычислительной техники. К ним относят натуральные, дробные, иррациональные, в том числе числа с нулевой дробной частью.

    Из чего состоит

    • Мантисса m – целое значение с фиксированной длиной без учёта порядка.
    • Знак мантиссы – указывает на положительность либо отрицательность, причем в первом случае знак плюс обычно не ставится, минус указывается обязательно.
    • Порядок, основания экспоненты n – указывает на степень основания числа, на сколько знаков нужно перенести запятую.
    • Знак порядка p – показывает, в какую сторону переносится запятая.

    Записывается в виде R = m * n p .

    Вещественное число записывается в виде R = m * np.

    • 0,123456 = 123*10-3 = 12*10-4;
    • 7654321 = 7654321*102 = 765,4*103;
    • -3,1415;
    • 0,567 = 567 * 10-3;
    • -126.
    • 2021.

    Как видим на втором примере, вещественное число – это не всегда хорошо. Из-за ограниченного количества разрядов страдает точность. В вычислительной технике применяются вещественные числа со следующей точностью (в соответствии со стандартом IEEE 754):

    • Половинная (half) – занимает половину машинного слова. Применяется в графических ускорителях, где на первом месте стоит быстродействие. Точность ограничивается способом округления: к ближайшему чётному либо целому, которое делится на 8, 16 либо 32.
    • Одинарная (single) – занимает машинное слово, применяется в случаях, где нужна повышенная точность.
    • Двойная (double) – мантисса занимает в памяти пару машинных слов – требует много памяти и трафика при передаче. Актуальна, когда нужна высокая точность.
    • Четверная (quadruple) – для записи требует четыре слова, используется в случаях беспрецедентной точности при обработке и передаче данных.

    Существуют особые типы вещественных чисел: ноль со знаком, бесконечности, денормализованные. Вещественные числа можно умножать, вычитать, делить и суммировать.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *