Что такое вещественное число

Действительные числа: определение, примеры, представления

Данная статья посвящена теме «Действительные числа». В статье дается определение действительных чисел, иллюстрируется их положение на координатной прямой, рассматриваются способы задания действительных чисел числовыми выражениями.

Определение действительных чисел

Целые и дробные числа вместе составляют рациональные числа. В свою очередь, рациональные и иррациональные числа составляют действительные числа. Как дать определение, что такое действительные числа?

Действительные числа — это рациональные и иррациональные числа. Множество действительных чисел обозначается через R.

Данное определение можно записать иначе с учетом следующего:

Рациональные числа можно представить в виде конечной десятичной дроби или бесконечной периодической десятичной дроби.
Иррациональные числа представляют собой бесконечные непериодические десятичные дроби.

Действительные числа — числа, которые можно записать в виде конечной или бесконечной (периодической или непериодической) десятичной дроби.

Действительные числа — это любые рациональные и иррациональные числа. Приведем примеры таких чисел: 0 ; 6 ; 458 ; 1863 ; 0 , 578 ; — 3 8 ; 26 5 ; 0 , 145 ( 3 ) ; log 5 12 .

Нуль также является действительным числом. Согласно определению, существуют как положительные, так и отрицательные действительные числа. Нуль является единственным действительным числом, которое не положительно и не отрицательно.

Еще одно название для действительных чисел — вещественные числа. Эти числа позволяют описывать значение непрерывно меняющейся величины без введения эталонного (единичного) значения этой величины.

Координатная прямая и действительные числа

Каждой точке не координатной прямой соответствует определенное и единственное действительное число. Иными словами, действительные числа занимают всю координатную прямую, а между точками кривой и числами присутствует взаимно-однозначное соответствие.

Представления действительных чисел

Под определение дейситвительных чисел попадают:

Натуральные числа.
Целые числа.
Десятичные дроби.
Обыкновенные дроби.
Смешанные числа.

Также действительные числа часто представляются в виде выражений со степенями, корнями и логарифмами. Сумма, разность произведение и частное действительных чисел также являются действительными числами.

Значение любого выражения, составленного из действительных чисел, также будет являться действительным числом.

Например, значения выражений sin 2 3 π · e — 2 8 5 · 10 log 3 2 и t g 6 7 6 693 — 8 π 3 2 — действительные числа.

Вещественные числа

Вещественные числа (они же — действительные числа) — числа, призванные выражать количество чего бы то ни было в реальном мире (значения физических величин). Записываются бесконечной десятичной дробью. Являются очередной математической идеализацией, так как никакой бесконечности в реальном мире нет (как нет и бесконечных десятичных дробей), а никакую физическую величину, принимающую нецелые значения, нельзя измерить абсолютно точно, какие-то погрешности неизбежны. Тем не менее, вещественные числа очень удобны и изучаются уже в школе, хотя и сложны для понимания и связаны с разнообразными парадоксами.

Вещественные числа проще всего представлять как точки прямой, на которой отмечена точка «нуль» и задана длина единичного отрезка. Тогда по одну сторону от нуля (обычно справа) — точки, представляющие положительные числа, по другую — отрицательные (данное соответствие между числами и точками сохраняет отношение порядка).

В математической литературе обычно обозначаются как ℝ (традиция, идущая от Бурбаки).

Исторический экскурс [ править ]

Уже в древнем Вавилоне знали рациональные числа как отношения натуральных. Тем не менее, когда возник вопрос, можно ли записать в виде рационального числа длину диагонали со стороной 1, древние греки с удивлением поняли, что ответ на этот вопрос отрицательный — ведь квадратный корень из 2 — иррациональное число! (Что доказывается буквально в две строчки «на пальцах»). Отсюда уже недалеко до понятия действительного числа, хотя более-менее строгая их концепция появилась только в XIX веке. В школе действительные числа обычно вводятся как бесконечные десятичные дроби (при этом рациональные числа оказываются периодическими бесконечными десятичными дробями). Здесь есть тонкость, что хвост из бесконечного числа девяток типа 0,99999…. отождествляется с «округлённым» числом 1,0000…., но это более-менее неважная частность.

Таким образом, все натуральные, целые и рациональные числа оказываются вещественными, но вещественными являются и иррациональные числа, типа разных корней. Примером вещественного числа, известного с глубокой древности является число Пи (отношение длины окружности к ее диаметру). Оно также иррациональное и даже трансцендентное (не является корнем никакого многочлена с целыми коэффициентами).

Георг Кантор осуществил настоящий прорыв в сознании, когда доказал, что действительных чисел в определенном смысле «больше», чем натуральных, то есть действительные числа нельзя перенумеровать 1, 2, 3,… Как сейчас говорят, они образуют несчетное множество. Это доказывается знаменитым «диагональным» методом Кантора, впрочем, не все до сих пор признают это доказательство как неконструктивное и контринтуитивное.

После Кантора говорят, что множество вещественных чисел обладает мощностью континуум. Интересно, что той же мощностью обладает множество всех точек плоскости, а также всех точек трёхмерного пространства (и евклидового пространства любого числа измерений, большего 0).

Вещественное число

Вещественные или действительные числа — это вместе взятые множества рациональных и иррациональных чисел. Такое число может быть интуитивно представлено как отношение двух величин одной размерности , или описывающие положение Множество вещественных чисел обозначается $<\displaystyle \mathbb <R>>» width=»» height=»» /> и часто называется вещественной или числовой прямой. Формально вещественные числа строятся на базисе более простых объектов таких, как целые и рациональные числа. Свойства вещественных чисел являются важнейшим объектом изучения математического анализа. <h3>Содержание</h3> <h3>Аксиоматическое определение</h3> <h4>Полное упорядоченное поле</h4> Пусть на множестве <img decoding=$

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.

Множество вещественных чисел имеет стандартное обозначение — R («полужирное R»), или $\mathbb<R>» width=»» height=»» /> (англ. blackboard bold «R») от лат. realis — действительный. <h3>Содержание</h3> <h3>История становления понятия вещественного числа</h3> <h4>Наивная теория вещественных чисел</h4> 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] . Для выхода из положения Евдокс Книдский ввёл, в дополнение к числам, более широкое понятие геометрической величины, 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 отношение 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] 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 иррациональные (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] : <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

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

Два вещественных числа

$\alpha = [a_n]$ и $\beta = [b_n]$ ,

определённые соответственно фундаментальными последовательностями $\<a_n\>» width=»» height=»» /> и <img decoding=$ и $\beta = [b_n]$ , то их суммой и произведением называются числа, определённые соответственно суммой и произведением последовательностей $\<a_n\>» width=»» height=»» /> и <img decoding=$ по определению больше числа $\beta=[b_n]$ , то есть $\alpha > \beta$ , если

$\exists \varepsilon > 0 \; \exists N: \; \forall n > N \; a_n \geqslant b_n + \varepsilon$

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 $\pm$ есть 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 $\<0, 1, \ldots 9\>» width=»» height=»» />. Бесконечная десятичная дробь интерпретируется как такое число, которое на числовой прямой лежит между рациональными точками вида <img decoding=$ 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

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

Однако, при этом следует учитывать, что число $a_0,a_1 a_2 \ldots a_n (9) = a_0,a_1 a_2 \ldots a_n + 10^<-n>» width=»» height=»» />. Поэтому если запись одного из сравниваемых чисел, начиная с некоторого разряда, представляет собой периодическую десятичную дробь, у которой в периоде стоит 9, то её следует заменить на эквивалентную запись, с нулём в периоде. Арифметические операции над бесконечными десятичными дробями определяются как непрерывное продолжение [14] соответствующих операций над рациональными числами. Например, суммой вещественных чисел <img decoding=$ и $\beta$ называется 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 $\mathbb<Q>» width=»» height=»» /> называется всякое разбиение совокупности всех рациональных чисел на два непустых класса — нижний <img decoding=$ и верхний , так что каждое число из нижнего класса строго меньше всякого числа из верхнего:

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

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, b из $\R$ некоторый элемент из того же множества $\R$ , называемый суммой и ( a+b эквивалентная запись элемента множества $\R$ ).

$\R$

Также, на множестве определено отображение (операция умножения)

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

сопоставляющее каждой упорядоченной паре элементов a, b из $\R$ некоторый элемент $a \cdot b$ , называемый произведением и .

При этом имеют место следующие свойства.

$\text_<1>. » width=»» height=»» /> Коммутативность сложения. Для любых <img decoding=$ a + b = b + a $\text_<2>.» width=»» height=»» /> Ассоциативность сложения. Для любых <img decoding=$ a + (b + c) = (a + b) + c $\text_<3>.» width=»» height=»» /> Существование нуля. Существует элемент <img decoding=$ , называемый нулём, такой, что для любого $a \in \R$ a + 0 = a $\text_<4>.» width=»» height=»» /> Существование противоположного элемента. Для любого <img decoding=$ существует элемент $-a \in \R$ , называемый противоположным к , такой, что a + (-a) = 0 $\text_<5>.» width=»» height=»» /> Коммутативность умножения. Для любых <img decoding=$ $a \cdot b = b \cdot a$ $\text_<6>.» width=»» height=»» /> Ассоциативность умножения. Для любых <img decoding=$ $a \cdot (b \cdot c) = (a \cdot b) \cdot c$ $\text_<7>.» width=»» height=»» /> Существование единицы. Существует элемент <img decoding=$ , называемый единицей, такой, что для любого $a \in R$ $a \cdot 1 = a$ $\text_<8>.» width=»» height=»» /> Существование обратного элемента. Для любого <img decoding=$ существует элемент $a^<-1>\in \R» width=»» height=»» />, обозначаемый также <img decoding=$ и называемый обратным к , такой, что $a \cdot a^<-1>= 1 » width=»» height=»» /> <img decoding=$ $a \cdot (b + c) = a \cdot b + a \cdot c$ $\text_<10>.» width=»» height=»» /> Нетривиальность поля. Единица и ноль — различные элементы <img decoding=$ :

$1 \neq 0$

Аксиомы порядка

Между элементами $\R$ определено отношение $\leqslant$ , то есть для любой упорядоченной пары элементов a,b из $\R$ установлено, выполняется соотношение $a \leqslant b$ или нет. При этом имеют место следующие свойства.

$\text<II>_<1>.» width=»» height=»» /> Рефлексивность. Для любого <img decoding=$

$a \leqslant a$

$\text<II>_<2>.» width=»» height=»» /> Антисимметричность. Для любых <img decoding=$

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

$\text<II>_<3>.» width=»» height=»» /> Транзитивность. Для любых <img decoding=$

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

$\text<II>_<4>.» width=»» height=»» /> Линейная упорядоченность. Для любых <img decoding=$

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

$\text<II>_<5>.» width=»» height=»» /> Связь сложения и порядка. Для любых <img decoding=$

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

$\text<II>_<6>.» width=»» height=»» />Связь умножения и порядка. Для любых <img decoding=$

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

Аксиомы непрерывности

$\text<III>_<1>.» width=»» height=»» /> Каковы бы ни были непустые множества <img decoding=$ и $b \in B$ выполняется неравенство $a \leqslant b$ , существует такое число $\xi \in \R$ , что для всех $a \in A$ и $b \in B$ имеет 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 $\R$ является полем. Аксиомы второй группы — что множество $\R$ является линейно упорядоченным множеством ( $\text<II>_<1>» width=»» height=»» /> — <img decoding=$ [17] и b > 0 . Тогда элемент можно повторить слагаемым столько раз, чтобы образовавшаяся в результате сумма превзошла :

$a + a + \ldots + a > b$

$\text<III>_<2>» width=»» height=»» /> Аксиома полноты (в смысле Гильберта). Систему <img decoding=$ невозможно расширить ни до какой системы $\R^<*>» width=»» height=»» />, так чтобы при сохранении прежних соотношений между элементами <img decoding=$ , для $\R^<*>» width=»» height=»» /> выполнялись бы все аксиомы <img decoding=$

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:

$x_1 = 0,a_<11>a_ <12>\cdots a_ <1m>\cdots» width=»» height=»» /> <img decoding=$ $x_k = 0,a_<k1>a_ <k2>\cdots a_ <km>\cdots» width=»» height=»» /> <img decoding=$

Здесь a_<ij>» width=»» height=»» /> — <img decoding= -я цифра -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:

$d_i \neq 0$
$d_i \neq 9$
интересно тем фактом, что оно не совпадает ни с одним из чисел , выписанных выше, ведь иначе -я цифра числа совпала бы с -ой цифрой числа . 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 alt=»\mathbb» width=»» height=»» /> постоянно служило в математике источником обобщений, причём в различных практически важных направлениях. Непосредственно к полю alt=»\mathbb» width=»» height=»» /> примыкают следующие варианты обобщённых числовых систем.
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

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 $\<x: \alpha < x < \beta\>» width=»» height=»» /></li> <li>↑Рид К. Гильберт. — С. 79.</li> <li>↑ См. Кудрявцев Л. Д. Курс математического анализа. — Т. 1.</li> <li>↑<img decoding=$ Northghost com что за сайт
15. Как обойти окно uac powershell
16. Как получить kbr из kbro3
17. Как убрать боковую панель