Число - важнейшее математическое понятие, меняющееся на протяжении веков.
Первые представления о числе возникли из счета людей, животных, плодов, различных изделий и пр. Результатом являются натуральные числа: 1, 2, 3, 4, ...
Исторически первым расширением понятия числа является присоединение к натуральному числу дробных чисел.
Дробью называется часть (доля) единицы или несколько равных ее частей.
Обозначаются: , где m, n - целые числа;
Дроби со знаменателем 10n , где n - целое число, называются десятичными : .
Среди
десятичных дробей особое место занимают
периодические
дроби
: -
чистая периодическая дробь, 
-
смешанная периодическая дробь.
Дальнейшее расширение понятия числа вызвано уже развитием самой математики (алгебры). Декарт в XVII в. вводит понятие отрицательного числа .
Числа целые (положительные и отрицательные), дробные (положительные и отрицательные) и нуль получили название рациональных чисел . Всякое рациональное число может быть записано в виде дроби конечной и периодической.
Для изучения непрерывно изменяющихся переменных величин оказалось необходимым новое расширение понятия числа - введение действительных (вещественных) чисел - присоединением к рациональным числам иррациональных: иррациональные числа - это бесконечные десятичные непериодические дроби.
Иррациональные числа появились при измерении несоизмеримых отрезков (сторона и диагональ квадрата), в алгебре - при извлечении корней , примером трансцендентного, иррационального числа являются π, e .
Числа натуральные (1, 2, 3,...), целые (..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3,...), рациональные (представимые в виде дроби) и иррациональные (не представимые в виде дроби) образуют множество действительных (вещественных) чисел.
Отдельно в математике выделяют комплексные числа.
Комплексные числа возникают в связи с задачей решения квадратных для случая D < 0 (здесь D – дискриминант квадратного уравнения). Долгое время эти числа не находили физического применения, поэтому их и назвали «мнимыми» числами. Однако сейчас они очень широко применяются в различных областях физики и техники: электротехнике, гидро- и аэродинамике, теории упругости и др.
Комплексные числа записываются в виде: z=a + bi . Здесь a и b – действительные числа , а i – мнимая единица, т. e . i 2 = –1. Число a называется абсциссой , a b – ординатой комплексного числа a + bi . Два комплексных числа a + bi и a – bi называются сопряжёнными комплексными числами.
Свойства:
1. Действительное число а может быть также записано в форме комплексного числа: a + 0i или a – 0i . Например 5 + 0i и 5 – 0i означают одно и то же число 5 .
2. Комплексное число 0+ bi называется чисто мнимым числом . Запись bi означает то же самое, что и 0+ bi .
3. Два комплексных числа a + bi и c + di считаются равными, если a = c и b = d . В противном случае комплексные числа не равны.
Действия:
Сложение. Суммой комплексных чисел a + bi и c + di называется комплексное число (a + c ) + (b + d )i . Таким образом, при сложении комплексных чисел отдельно складываются их абсциссы и ординаты.
Вычитание. Разностью двух комплексных чисел a + bi (уменьшаемое) и c + di (вычитаемое) называется комплексное число (a – c ) + (b – d )i . Таким образом, при вычитании двух комплексных чисел отдельно вычитаются их абсциссы и ординаты.
Умножение. Произведением комплексных чисел a + bi и c + di называется комплексное число:
(ac – bd ) + (ad + bc )i . Это определение вытекает из двух требований:
1) числа a + bi и c + di должны перемножаться, как алгебраические двучлены,
2) число i обладает основным свойством: i 2 = –1.
П р и м е р. (a+ bi )(a – bi )= a 2 + b 2 . Следовательно, произведение двух сопряжённых комплексных чисел равно действительному положительному числу.
Деление. Разделить комплексное число a + bi (делимое) на другое c + di (делитель) - значит найти третье число e + f i (чатное), которое будучи умноженным на делитель c + di , даёт в результате делимое a + bi . Если делитель не равен нулю, деление всегда возможно.
П р и м е р. Найти (8 + i ) : (2 – 3i ) .
Р е ш е н и е. Перепишем это отношение в виде дроби:
Умножив её числитель и знаменатель на 2 + 3i и выполнив все преобразования, получим:
Задание 1: Сложите, вычтите, умножьте и разделите z 1 на z 2
Извлечение корня квадратного: Реши уравнение x 2 = -a. Для решения данного уравнения мы вынуждены воспользоваться числами нового типа – мнимые числа . Таким образом, мнимым называется число, вторая степень которого является числом отрицательным . Согласно этому определению мнимых чисел мы можем определить и мнимую единицу :
Тогда для уравнения x 2 = – 25 мы получаем два мнимых корня:
Задание 2: Реши уравнение:
1) x 2 = – 36; 2) x 2 = – 49; 3) x 2 = – 121
Геометрическое представление комплексных чисел. Действительные числа изображаются точками на числовой прямой:
Здесь точка A означает число –3, точка B –число 2, и O –ноль. В отличие от этого комплексные числа изображаются точками на координатной плоскости. Выберем для этого прямоугольные (декартовы) координаты с одинаковыми масштабами на обеих осях. Тогда комплексное число a + bi будет представлено точкой Р с абсциссой а и ординатой b . Эта система координат называется комплексной плоскостью .
Модулем комплексного числа называется длина вектора OP , изображающего комплексное число на координатной (комплексной ) плоскости. Модуль комплексного числа a + bi обозначается | a + bi | или) буквой r и равен:
Сопряжённые комплексные числа имеют одинаковый модуль.
Правила оформления чертежа практически такие же, как и для чертежа в декартовой системе координат По осям нужно задать размерность, отмечаем:
е
диницу
по действительной оси; Re z
мнимую единицу по мнимой оси. Im z
Задание 3. Построить на комплексной плоскости следующие комплексные числа: , , , , , , ,
1. Числа точные и приближенные. Числа, с которыми мы встречаемся на практике, бывают двух родов. Одни дают истинное значение величины, другие - только приблизительное. Первые называют точными, вторые - приближенными. Чаще всего удобно пользоваться приближенным числом вместо точного, тем более, что во многих случаях точное число вообще найти невозможно.
Так, если говорят, что в классе есть 29 учеников, то число 29 - точное. Если же говорят, что расстояние от Москвы до Киева равно 960 км, то здесь число 960 - приближенное, так как, с одной стороны, наши измерительные инструменты не абсолютно точны, с другой стороны, сами города имеют некоторую протяженность.
Результат действий с приближенными числами есть тоже приближенное число. Выполняя некоторые действия над точными числами (деление, извлечение корня), можно также получить приближенные числа.
Теория приближенных вычислений позволяет:
1) зная степень точности данных, оценить степень точности результатов;
2) брать данные с надлежащей степенью точности, достаточной для обеспечения требуемой точности результата;
3) рационализировать процесс вычисления, освободив его от тех выкладок, которые не окажут влияния на точность результата.
2. Округление. Одним из источников получения приближенных чисел является округление. Округляют как приближенные, так и точные числа.
Округлением данного числа до некоторого его разряда называют замену его новым числом, которое получается из данного путем отбрасывания всех его цифр, записанных правее цифры этого разряда, или путем замены их нулями. Эти нули обычно подчеркивают или пишут их меньшими. Для обеспечения наибольшей близости округленного числа к округляемому следует пользоваться такими правилами: чтобы округлить число до единицы определенного разряда, надо отбросить все цифры, стоящие после цифры этого разряда, а в целом числе заменить их нулями. При этом учитывают следующее:
1) если первая (слева) из отбрасываемых цифр менее 5, то последнюю оставленную цифру не изменяют (округление с недостатком);
2) если первая отбрасываемая цифра больше 5 или равна 5, то последнюю оставленную цифру увеличивают на единицу (округление с избытком).
Покажем это на примерах. Округлить:
а) до десятых 12,34;
б) до сотых 3,2465; 1038,785;
в) до тысячных 3,4335.
г) до тысяч 12375; 320729.
а) 12,34 ≈ 12,3;
б) 3,2465 ≈ 3,25; 1038,785 ≈ 1038,79;
в) 3,4335 ≈ 3,434.
г) 12375 ≈ 12 000; 320729 ≈ 321000.
3. Абсолютная и относительная погрешности. Разность между точным числом и его приближенным значением называется абсолютной погрешностью приближенного числа. Например, если точное число 1,214 округлить до десятых, получим приближенное число 1,2. В данном случае абсолютная погрешность приближенного числа 1,2 равна 1,214 - 1,2, т.е. 0,014.
Но в большинстве случаев точное значение рассматриваемой величины неизвестно, а только приближенное. Тогда и абсолютная погрешность неизвестна. В этих случаях указывают границу, которую она не превышает. Это число называют граничной абсолютной погрешностью. Говорят, что точное значение числа равно его приближенному значению с погрешностью меньшей, чем граничная погрешность. Например, число 23,71 есть приближенное значение числа 23,7125 с точностью до 0,01, так как абсолютная погрешность приближения равна 0,0025 и меньше 0,01. Здесь граничная абсолютная погрешность равна 0,01 * .
Граничную абсолютную погрешность приближенного числа а обозначают символом Δa . Запись
x ≈a (±Δa )
следует понимать так: точное значение величины x находится в промежутке между числамиа – Δa иа + Δа , которые называют соответственно нижней и верхней границейх и обозначают НГx ВГх .
Например, если x ≈ 2,3 (±0,1), то 2,2<x < 2,4.
Наоборот, если 7,3< х < 7,4, тох ≈ 7,35 (±0,05). Абсолютная или граничная абсолютная погрешность не характеризует качество выполненного измерения. Одна и та же абсолютная погрешность может считаться значительной и незначительной в зависимости от числа, которым выражается измеряемая величина. Например если измеряем расстояние между двумя городами с точностью до одного километра, то такая точность вполне достаточна для этого изменения в то же время при измерении расстояния между двумя домами одной улицы такая точность будет недопустимой. Следовательно, точность приближенного значения величины зависит не только от величины абсолютной погрешности, но и от значения измеряемой величины. Поэтому мерой точности служит относительная погрешность.
Относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к величине приближенного числа. Отношение граничной абсолютной погрешности к приближенному числу называют граничной относительной погрешностью; обозначают ее так: . Относительную и граничную относительную погрешности принято выражать в процентах. Например, если измерения показали, что расстояниех между двумя пунктами больше 12,3 км, но меньше 12,7 км, то за приближенное значение его принимают среднее арифметическое этих двух чисел, т.е. их полусумму, тогда граничная абсолютная погрешность равна полуразности этих чисел. В данном случаех ≈ 12,5 (±0,2). Здесь граничная абсолютная погрешность равна 0,2 км, а граничная относительная
)- это числа с положительным или отрицательным знаком (целые и дробные) и ноль. Более точное понятие рациональных чисел, звучит так:
Рациональное число — число, которое представляется обычной дробью m/n , где числитель m — целые числа, а знаменатель n — натуральные числа, к примеру 2/3 .
Бесконечные непериодические дроби НЕ входят в множество рациональных чисел.
a/b , где a ∈ Z (a принадлежит целым числам), b ∈ N (b принадлежит натуральным числам).
В реальной жизни множество рациональных чисел используется для счёта частей некоторых целых делимых объектов, например , тортов или других продуктов, которые разрезаются на части перед употреблением, или для грубой оценки пространственных отношений протяжённых объектов.
Основные свойства рациональных чисел.
1. Упорядоченность a и b есть правило, которое позволяет однозначно идентифицировать между ними 1-но и только одно из 3-х отношений: «<», «>» либо «=». Это правило - правило упорядочения и формулируют его вот так:
∀ a,b ∈ Q (a∨ a>b ∨ a=b)
2. Операция сложения . Для всех рациональных чисел a и b есть правило суммирования , которое ставит им в соответствие определенное рациональное число c . При этом само число c - это сумма чисел a и b и ее обозначают как (a+b) суммирование .
Правило суммирования выглядит так:
m a /n a +m b /n b =(m a ⋅ n b +m b ⋅ n a) /(n a ⋅ n b).
∀ a,b ∈ Q ∃ !(a+b) ∈ Q
3. Операция умножения . Для всяких рациональных чисел a и b есть правило умножения , оно ставит им в соответствие определенное рациональное число c . Число c называют произведением чисел a и b и обозначают (a⋅b) , а процесс нахождения этого числа называют умножение .
Правило умножения выглядит так: m a n a ⋅ m b n b =m a ⋅ m b n a ⋅ n b .
∀a,b∈Q ∃(a⋅b)∈Q
4. Транзитивность отношения порядка. Для любых трех рациональных чисел a , b и c если a меньше b и b меньше c , то a меньше c , а если a равно b и b равно c , то a равно c .
∀ a,b,c ∈ Q (a∧ b⇒ a∧ (a = b ∧ b = c ⇒ a = c)
5. Коммутативность сложения . От перемены мест рациональных слагаемых сумма не изменяется.
∀ a,b ∈ Q a+b=b+a
6. Ассоциативность сложения . Порядок сложения 3-х рациональных чисел не оказывает влияния на результат.
∀ a,b,c ∈ Q (a+b)+c=a+(b+c)
7. Наличие нуля . Есть рациональное число 0, оно сохраняет всякое другое рациональное число при складывании.
∃ 0 ∈ Q ∀ a ∈ Q a+0=a
8. Наличие противоположных чисел . У любого рационального числа есть противоположное рациональное число, при их сложении получается 0.
∀ a ∈ Q ∃ (−a) ∈ Q a+(−a)=0
9. Коммутативность умножения . От перемены мест рациональных множителей произведение не изменяется.
∀ a,b ∈ Q a ⋅ b=b ⋅ a
10. Ассоциативность умножения . Порядок перемножения 3-х рациональных чисел не имеет влияния на итог.
∀ a,b,c ∈ Q (a ⋅ b) ⋅ c=a ⋅ (b ⋅ c)
11. Наличие единицы . Есть рациональное число 1, оно сохраняет всякое другое рациональное число в процессе умножения.
∃ 1 ∈ Q ∀ a ∈ Q a ⋅ 1=a
12. Наличие обратных чисел . Всякое рациональное число, отличное от нуля имеет обратное рациональное число, умножив на которое получим 1.
∀ a ∈ Q ∃ a−1 ∈ Q a ⋅ a−1=1
13. Дистрибутивность умножения относительно сложения . Операция умножения связана со сложением при помощи распределительного закона:
∀ a,b,c ∈ Q (a+b) ⋅ c=a ⋅ c+b ⋅ c
14. Связь отношения порядка с операцией сложения . К левой и правой частям рационального неравенства прибавляют одно и то же рациональное число.
∀ a,b,c ∈ Q a⇒ a+c
15. Связь отношения порядка с операцией умножения . Левую и правую части рационального неравенства можно умножить на одинаковое неотрицательное рациональное число.
∀ a,b,c ∈ Q c>0 ∧ a⇒ a ⋅ c⋅ c
16. Аксиома Архимеда . Каким бы ни было рациональное число a , легко взять столько единиц, что их сумма будет больше a .
Определение рациональных чисел:
Рациональным числом называют число, которое может быть представлено в виде дроби. Числитель такой дроби принадлежит множеству целых чисел, а знаменатель принадлежит множеству натуральных чисел.
По латински "рацио" (ratio) означает отношение. Рациональные числа могут быть представлены в виде отношения, т.е. другими словами в виде дроби.
Число 2/3 есть рациональное число. Почему? Это число представлено в виде дроби, числитель которой принадлежит множеству целых чисел, а знаменатель - множеству натуральных чисел.
Больше примеров рациональных чисел см. в статье .
Разные дроби могут представлять одно рациональное число.
Рассмотрим рациональное число 3/5. Этому рациональному числу равны
Сократим числитель и знаменатель на общий множитель 2:
| 6 | = | 2 * 3 | = | 3 |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 2 * 5 | 5 |
Мы получили дробь 3/5, а это значит, что
На этом уроке мы познакомимся с множеством рациональных чисел. Разберем основные свойства рациональных чисел, научимся переводить десятичные дроби в обыкновенные и наоборот.
Мы уже говорили про множества натуральных и целых чисел. Множество натуральных чисел является подмножеством целых чисел .
Теперь мы узнали, что такое дроби, научились с ними работать. Дробь , например, не является целым числом. Значит, нужно описать новое множество чисел, куда будут входить все дроби, и этому множеству нужно название, четкое определение и обозначение.
Начнем с названия. Латинское слово ratio переводится на русский язык как отношение, дробь. Название нового множества «рациональные числа» и происходит от этого слова. То есть «рациональные числа» можно перевести как «дробные числа».
Разберемся, из каких чисел состоит это множество. Можно предположить, что оно состоит из всех дробей. Например, таких - . Но такое определение было бы не совсем корректным. Дробь - это не само число, а форма записи числа. В примере, представленном ниже, две разные дроби обозначают одно и то же число:
Тогда точнее будет сказать, что рациональные числа - это те числа, которые можно представить в виде дроби. И это в самом деле уже почти то самое определение, которое и используют в математике.
Обозначили это множество буквой . А как связаны множества натуральных и целых чисел с новым множеством рациональных чисел? Натуральное число можно записать в виде дроби, причем бесконечным числом способов . А раз его можно представить в виде дроби, то оно тоже является рациональным.
С отрицательными целыми числами аналогичная ситуация. Любое целое отрицательное число можно представить в виде дроби 
. А можно ли число ноль представить в виде дроби? Конечно, можно, тоже бесконечным числом способов 
.
Таким образом, все натуральные и все целые числа тоже являются рациональными числами. Множества натуральных и целых чисел являются подмножествами множества рациональных чисел ().
Замкнутость множеств относительно арифметических операций
Необходимость введения новых чисел - целых, затем рациональных - м ожно объяснять не только задачами из реальной жизни. Сами арифметические операции подсказывают нам это. Сложим два натуральных числа: . Получим снова натуральное число.
Говорят, множество натуральных чисел замкнуто относительно операции сложения ( замкнуто относительно сложения). Самостоятельно подумайте, замкнуто ли множество натуральных чисел относительно умножения.
Как только мы пытаемся вычесть из числа равное ему или большее, то натуральных чисел нам не хватает. Введение нуля и отрицательных целых чисел исправляет ситуацию:
Множество целых чисел замкнуто относительно вычитания. Мы можем складывать и вычитать любые целые числа, не опасаясь, что у нас не будет числа, чтобы записать результат ( замкнуто относительно сложения и вычитания).
Замкнуто ли множество целых чисел относительно умножения? Да, произведение любых двух целых чисел дает в результате целое число ( замкнуто относительно сложения, вычитания и умножения).
Осталось еще одно действие - деление. Замкнуто ли множество целых чисел относительно деления? Ответ очевиден: нет. Поделим на . Среди целых чисел нет такого, чтобы записать ответ: .
Но с помощью дробного числа мы почти всегда можем записать результат деления одного целого числа на другое. Почему почти? Вспомним, что, по определению, делить на ноль нельзя.
Таким образом, множество рациональных чисел (которое возникает при введении дробей) претендует на роль множества, замкнутого относительно всех четырех арифметических операций.
Давайте проверим.
То есть множество рациональных чисел замкнуто относительно сложения, вычитания, умножения и деления, исключая деление на ноль. В этом смысле можно говорить, что множество рациональных чисел устроено «лучше», чем предшествующие множества натуральных и целых чисел. Означает ли это, что рациональные числа - последнее числовое множество, которое мы изучаем? Нет. Впоследствии у нас появятся другие числа, которые нельзя записать в виде дробей, например иррациональных.
Числа как инструмент
Числа - это инструмент, которые человек создавал по мере необходимости.
Рис. 1. Использование натуральных чисел
Дальше, когда понадобилось вести денежные расчеты, перед числом стали ставить знаки плюс или минус, показывая, нужно увеличить или уменьшить исходную величину. Так появились отрицательные и положительные числа. Новое множество назвали множеством целых чисел ().
Рис. 2. Использование дробных чисел
Поэтому появляется новый инструмент, новые числа - дроби. Мы их записываем разными эквивалентными способами: обыкновенными и десятичными дробями (
).
Все числа - «старые» (целые) и «новые» (дробные) - объединили в одно множество и назвали его множеством рациональных чисел ( - рациональные числа )
Итак, рациональное число - это число, которое можно представить в виде обыкновенной дроби. Но это определение в математике еще немного уточняют. Любое рациональное число можно представить в виде дроби с положительным знаменателем, то есть отношением целого числа к натуральному: 
.
Тогда получаем определение: число называется рациональным, если его можно представить в виде дроби с целым числителем и натуральным знаменателем (
).
Кроме обыкновенных дробей, мы используем и десятичные. Посмотрим, как они связаны с множеством рациональных чисел.
Десятичные дроби бывают трех видов: конечные, периодические и непериодические.
Бесконечные непериодические дроби: у таких дробей тоже бесконечное количество цифр после запятой, но периода нет. Примером является десятичная запись числа ПИ: 
Любая конечная десятичная дробь по определению - это обыкновенная дробь со знаменателем и т.д.
Прочитаем десятичную дробь вслух и запишем в виде обыкновенной: , .
При обратном переходе от записи в виде обыкновенной дроби к десятичной могут получаться конечные десятичные дроби или бесконечные периодические дроби.
Переход от обыкновенной дроби к десятичной
Самый простой случай, когда знаменатель дроби - это степень десятки: и т.д. Тогда мы пользуемся определением десятичной дроби:
Есть дроби, у которых знаменатель легко приводится к такому виду: . Перейти к такой записи возможно, если в разложение знаменателя входят только двойки и пятерки.
Знаменатель состоит из трех двоек и одной пятерки. Каждая и образуют десятку. Значит, нам не хватает двух . Домножим на и числитель, и знаменатель:
Можно было поступить по-другому. Поделить столбиком на (см. рис. 1).
Рис. 2. Деление в столбик
В случае с знаменатель не удастся превратить в или другое разрядное число, так как в его разложение входит тройка. Остается один способ - делить в столбик (см. рис. 2).
Такое деление на каждом шаге будет давать в остатке и в частном. Этот процесс бесконечен. То есть получили бесконечную периодическую дробь с периодом
Давайте потренируемся. Переведем обыкновенные дроби в десятичные.
Во всех этих примерах мы получили конечную десятичную дробь, так как в разложении знаменателя были только двойки и пятерки.
(проверим себя делением в столик - см. рис. 3).
Рис. 3. Деление в столбик
Рис. 4. Деление в столбик
(см. рис. 4)
В разложение знаменателя входит тройка, значит, привести знаменатель к виду , и т.д. не получится. Делим на в столбик. Ситуация будет повторяться. В записи результата будет бесконечное число троек. Таким образом, .
(см. рис. 5)
Рис. 5. Деление в столбик
Итак, любое рациональное число можно представить в виде обыкновенной дроби. Это его определение.
А любую обыкновенную дробь можно представить в виде конечной или бесконечной периодической десятичной дроби.
Виды записи дробей:
запись десятичной дроби в виде обыкновенной: ; 
;
запись обыкновенной дроби в виде десятичной: (конечная дробь); (бесконечная периодическая).
То есть любое рациональное число можно записать конечной или периодической десятичной дробью. При этом конечную дробь тоже можно считать периодической с периодом ноль.
Иногда рациональному числу дают именно такое определение: рациональное число - это число, которое можно записать периодической десятичной дробью.
Преобразование периодической дроби
Рассмотрим сначала дробь, у которой период состоит из одной цифры и нет предпериода. Обозначим это число буквой . Метод заключается в том, чтобы получить еще одно число с таким же периодом:
Это можно сделать, умножив исходное число на . Итак, число имеет такой же период. Вычтем из само число :
Чтобы убедиться, что мы правильно все сделали, давайте теперь сделаем переход в обратную сторону, уже известным нам способом - делением в столбик на (см. рис. 1).
В самом деле получаем число в исходной форме с периодом .
Рассмотрим число с предпериодом и более длинным периодом: . Метод остается точно таким же, как и в предыдущем примере. Надо получить новое число с таким же периодом и предпериодом такой же длины. Для этого нужно, чтобы запятая сдвинулась вправо на длину периода, т.е. на два знака. Умножим исходное число на :
Вычтем из полученного выражения исходное:
Итак, каков алгоритм перевода. Периодическую дробь нужно умножить на число вида и т.д., в котором столько нулей, сколько цифр в периоде десятичной дроби. Получим новую периодическую. Например:
Вычтем из одной периодической дроби другую, получим конечную десятичную дробь:
Остается выразить исходную периодическую дробь в виде обыкновенной.
Для тренировки самостоятельно запишите несколько периодических дробей. По данному алгоритму приведите их к виду обыкновенной дроби. Для проверки на калькуляторе поделите числитель на знаменатель. Если все верно, то получится исходная периодическая дробь
Итак, любую конечную или бесконечную периодическую дробь мы можем записать как обыкновенную дробь, как отношение натурального и целого чисел. Т.е. все такие дроби являются рациональными числами.
А как обстоит дело с непериодическими дробями? Оказывается, непериодические дроби невозможно представить в виде обыкновенных (этот факт мы примем без доказательства). А значит, они не являются рациональными числами. Их называют иррациональными.
Бесконечные непериодические дроби
Как мы уже сказали, рациональное число в десятичной записи - это или конечная, или периодическая дробь. Значит, если мы сможем построить бесконечную непериодическую дробь, то мы получим нерациональное, то есть иррациональное число.
Вот один из способов такого построения: Дробная часть этого числа состоит только из нулей и единиц. Количество нулей между единицами каждый раз увеличивается на . Здесь невозможно выделить повторяющуюся часть. То есть дробь не является периодической.
Потренируйтесь самостоятельно конструировать непериодические десятичные дроби, то есть иррациональные числа
Известный нам пример иррационального числа - это число пи (). Периода в этой записи нет. Но, кроме числа пи, существует бесконечно много других иррациональных чисел. Подробнее об иррациональными числами мы поговорим позже.
Домашнее задание
В этой статье мы начнем изучать рациональные числа . Здесь мы дадим определения рациональных чисел, дадим необходимые пояснения и приведем примеры рациональных чисел. После этого остановимся на том, как определить, является ли данное число рациональным или нет.
Навигация по странице.
В этом пункте мы дадим несколько определений рациональных чисел. Несмотря на различия в формулировках, все эти определения имеют единый смысл: рациональные числа объединяют целые числа и дробные числа , подобно тому, как целые числа объединяют натуральные числа , противоположные им числа и число нуль. Иными словами, рациональные числа обобщают целые и дробные числа.
Начнем с определения рациональных чисел , которое воспринимается наиболее естественно.
Из озвученного определения следует, что рациональным числом является:
Также понятно, что любая бесконечная непериодическая десятичная дробь НЕ является рациональным числом, так как она не может быть представлена в виде обыкновенной дроби.
Теперь мы можем с легкостью привести примеры рациональных чисел . Числа 4 , 903 , 100 321 – это рациональные числа, так как они натуральные. Целые числа 58 , −72 , 0 , −833 333 333 тоже являются примерами рациональных чисел. Обыкновенные дроби 4/9 , 99/3 , - это тоже примеры рациональных чисел. Рациональными числами являются и числа .
Из приведенных примеров видно, что существуют и положительные и отрицательные рациональные числа, а рациональное число нуль не является ни положительным, ни отрицательным.
Озвученное выше определение рациональных чисел можно сформулировать более краткой форме.
Определение.
Рациональными числами называют числа, которые можно записать в виде дроби z/n , где z – целое число, а n – натуральное число.
Докажем, что данное определение рациональных чисел равносильно предыдущему определению. Мы знаем, что можно рассматривать черту дроби как знак деления , тогда из свойств деления целых чисел и правил деления целых чисел следует справедливость следующих равенств и . Таким образом, , что и является доказательством.
Приведем примеры рациональных чисел, основываясь на данном определении. Числа −5 , 0 , 3 , и являются рациональными числами, так как они могут быть записаны в виде дробей с целым числителем и натуральным знаменателем вида и соответственно.
Определение рациональных чисел можно дать и в следующей формулировке.
Определение.
Рациональные числа – это числа, которые могут быть записаны в виде конечной или бесконечной периодической десятичной дроби.
Это определение также равносильно первому определению, так как всякой обыкновенной дроби соответствует конечная или периодическая десятичная дробь и обратно, а любому целому числу можно сопоставить десятичную дробь с нулями после запятой.
Например, числа 5 , 0 , −13 , представляют собой примеры рациональных чисел, так как их можно записать в виде следующих десятичных дробей 5,0 , 0,0 , −13,0 , 0,8 и −7,(18) .
Закончим теорию этого пункта следующими утверждениями:
В предыдущем пункте мы выяснили, что любое натуральное число, любое целое число, любая обыкновенная дробь, любое смешанное число, любая конечная десятичная дробь, а также любая периодическая десятичная дробь является рациональным числом. Это знание нам позволяет «узнавать» рациональные числа из множества написанных чисел.
Но как быть, если число задано в виде некоторого , или как , и т.п., как ответить на вопрос, является ли данное число рациональным? Во многих случаях ответить на него очень сложно. Укажем некоторые направления ходу мысли.
Если число задано в виде числового выражения, которое содержит лишь рациональные числа и знаки арифметических действий (+, −, · и:), то значение этого выражения представляет собой рациональное число. Это следует из того, как определены действия с рациональными числами . Например, выполнив все действия в выражении , мы получаем рациональное число 18 .
Иногда, после упрощения выражений и более сложного вида, появляется возможность определить, рационально ли заданное число.
Пойдем дальше. Число 2 является рациональным числом, так как любое натуральное число является рациональным. А как насчет числа ? Является ли оно рациональным? Оказывается, что нет, - не является рациональным числом, это иррациональное число (доказательство этого факта методом от противного приведено в учебнике по алгебре за 8 класс, указанном ниже в списке литературы). Также доказано, что квадратный корень из натурального числа является рациональным числом только в тех случаях, когда под корнем находится число, являющееся полным квадратом некоторого натурального числа. Например, и - рациональные числа, так как 81=9 2 и 1 024=32 2 , а числа и не являются рациональными, так как числа 7 и 199 не являются полными квадратами натуральных чисел.
А число рационально или нет? В данном случае несложно заметить, что , следовательно, данное число – рациональное. А является ли число рациональным? Доказано, что корень k-ой степени из целого числа является рациональным числом только тогда, когда число под знаком корня является k-ой степенью некоторого целого числа. Поэтому не является рациональным числом, так как не существует целого числа, пятая степень которого равна 121 .
Метод от противного позволяет доказывать, что логарифмы некоторых чисел по некоторым основаниям не являются рациональными числами. Для примера докажем, что - не рациональное число.
Предположим противное, то есть, допустим, что - рациональное число и его можно записать в виде обыкновенной дроби m/n . Тогда и дают следующие равенства: . Последнее равенство невозможно, так как в левой его части находится нечетное число 5 n , а в правой части – четное число 2 m . Следовательно, наше предположение неверно, таким образом, не является рациональным числом.
В заключение стоит особо отметить, что при выяснении рациональности или иррациональности чисел следует воздержаться от скоропостижных выводов.
Например, не стоит сразу утверждать, что произведение иррациональных чисел π и e является иррациональным числом, это «как бы очевидно», но не доказано. При этом возникает вопрос: «А с чего бы произведению быть рациональным числом»? А почему бы и нет, ведь можно привести пример иррациональных чисел, произведение которых дает рациональное число: .
Также неизвестно, являются ли числа и многие другие числа рациональными или не являются таковыми. Например, существуют иррациональные числа, иррациональная степень которых является рациональным числом. Для иллюстрации приведем степень вида , основание данной степени и показатель степени не являются рациональными числами, но , а 3 – рациональное число.
Список литературы.
