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數學上,有理數是一個整數 a 和一個非零整數 b 的比(ratio),通常寫作 a/b,故又稱作分數。希臘文稱為 λογος ,原意為「成比例的數」(rational number),但中文翻譯不恰當,逐漸變成「有道理的數」。不是有理數的實數遂稱為無理數。
所有有理數的集合表示為 Q,或 。定義如下:
有理數的小數部分有限或為循環。
目錄 [隱藏]
1 演算法
2 形式構建
3 性質
4 實數
5 p進數
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演算法
有理數的加法和乘法如下:
兩個有理數 和 相等 若且唯若 ad = bc
有理數中存在加法和乘法的逆。
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形式構建
數學上可以將有理數定義為整數的有序對 ,這裡 b 不為零。我們可以對這些有序對定義加法和乘法,規則如下:
為了使 2 / 4 = 1 / 2,定義等價關係 如下:
這種等價關係與上述定義的加法和乘法上是一致的,而且可以將 Q 定義為 ~ 的商集。例如:兩個對 (a, b) 和 (c, d) 是相同的,如果它們滿足上述等式。(這種構建可用於任何整數環,參見商域。)
Q 上的全序關係可以定義為
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性質
集合 ,以及上述的加法和乘法運算,構成域,即整數 的商域。
有理數是包含特徵 0 的最小的域:所有其他包含特徵 0 的域都包含 的一個複製。
的代數閉包,例如有理數多項式的根的域, 是代數數。
所有有理數的集合是可數的。因為所有實數的集合是不可數的,從勒貝格測度來看,可以認為絕大多數實數不是有理數。
有理數是個稠密排列的集合:任何兩個有理數之間存在另一個有理數,事實上是存在無窮多個。
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實數
有理數是實數的緊密子集:每個實數都有任意接近的有理數。一個相關的性質是,有理數是用連分數的有限表示方式的唯一的數。
依照它們的序列,有理數具有一個序拓撲。有理數是實數的(稠密)子集,因此它同時具有一個子空間拓撲。採用度量 ,有理數構成一個度量空間,這是 上的第三個拓撲。幸運的是,所有三個拓撲一致並將有理數轉化到一個拓撲域。有理數是非局部緊致空間的一個重要的實例。這個空間也完全不連貫(totally disconnected)。有理數不構成完備的度量空間;實數是 的完備集。
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p進數
除了上述的絕對值度量,還有其他的度量將 轉化到拓撲域:
設 p 是 質數,對任何非零整數 a 設 | a | p = p - n,這裡 pn 是 p 的最高次冪除 a;
另外 | 0 | p = 0。對任何有理數 ,設 。
則 在 上定義了一個度量。
度量空間 不完備,它的完備集是p進數域 。
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