證明數線上任取一個區間,一定存在至少一個有理數和無理數

2014-09-28 7:16 pm
如題,在數線上任取一個區間(a,b),b>a

試證:(1)在這個區間裡,一定可以找到至少一個有理數
 (2)在這個區間裡,一定可以找到至少一個無理數

另外,是否能說明這個區間中一定存在著無限多個有理數和無限多個無理數?

請看清題目再回答,必免文不對題,我希望能有嚴謹的數學證明。
更新1:

To winne: 你說「若此a,b為有理數 則c=(a+b)/2 均值c仍為有理數」,但此時裡面是不是有「無理數」便沒有說明了。 因為a、b是任意實數,還有「a為有理數,b為無理數」and「a為無理數,b為有理數」的狀況。 不論a、b取值為何,都要確定(a,b)間一定有「有理數」和「無理數」

更新2:

To winne: 你說「算出f(x)的反函式g(x),則可根據已知在(0,1)中的有理數無理數算出在區間(a,b)中的有理數無理數」 把(0,1)中的數代入g(x)確實能得到(a,b)中的數,但如何確定(a,b)中一定有理數和無理數? 就是說無法確定你用有理數代入g(x)會得到有理數,用無理數代入g(x)會得到無理數。

更新3:

f(x)= (x-a)/(b-a),f(x)的反函式g(x)=(b-a)x+a,若a=π,b=2π, 給一個反例取(0,1)中的有理數(1/2),代入得g(x)=(π)*1/2+π=3/2π為無理數 則有理數代入g(x)不得到有理數,與你的說法不符? (對於給予的'實數'區間(a,b),a,b不一定是有理數)

回答 (6)

2014-09-28 10:20 pm
✔ 最佳答案
若此a,b為有理數 則c=(a+b)/2 均值c仍為有理數 可依此法在(a,b)中找出無限多個有理數 同理 若此a,b為無理數 則可在(a,b)中找出無限多個無理數

根據新的證明:
https://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1014092703987
可推得 ∀a,b∈ℝ, a≠b, 區間(a,b)中存在無限多個"實數"

2014-09-29 12:51:00 補充:
以上是有點開玩笑...

對於給予的'實數'區間(a,b)
可設一函式f(x)= (x-a)/(b-a)
此f(x)可將(a,b)中的數轉換成(0,1)中的數
算出f(x)的反函式g(x),則可根據以知在(0,1)中的有理數無理數
算出在區間(a,b)中的有理數無理數

實數區間(a,b)存在無限個有理數和無理數

2014-10-03 23:48:44 補充:
>...把(0,1)中的數代入g(x)確實能得到(a,b)中的數,但如何確定(a,b)中一定有理數和無理數?

g(x)轉換的運算只用單純的+-* 有理數運算的結果還是有理數
無理數運算的結果還是無理數
2014-09-30 8:28 am
高微教本大概都會有 "兩實數之間必存在一有理數" 的證明,

若說實數 a < b, 必存在有理數 c 使 a < c < b.
於是, 存在有理數 d, e 使 a < d < c < e < b.
這樣的取有理數的方法無窮無盡, 因此區間 (a,b) 之內的有理
數是無窮的.

2014-09-30 00:28:48 補充:
要證明 a 與 b 之間也存在無理數, 間接證法是認識到
"有理數只有可數無窮多個", 而 "實數有不可數無窮多個".
由於一個實數不是有理數就是無理數, 因此證明了 a, b
之間 (a < b) 有無窮多個有理數.

直接的證法是應用類似證明存在有理數的方法, 證明確實存在
無理數於 a, b 之間.

2014-09-30 00:36:04 補充:
具體的證明有理數存在的過程大概是:

在不失一般性的情況下, 不妨假設 b > a > 0.

取正整數 n > 1/(b-a), 即 1/n < b-a.
則必存在正整數 m, 使 a < m/n < b.

存在 m 使 m/n > a 的理由是: 對任意正實數 x, y,
存在正整數 n 使 nx > y.


那麼, 會不會 (m-1)/n < a < b < m/n? 不會, 因為這
違背了 1/n < b-a 的條件.

2014-10-04 11:16:49 補充:
你更正地沒錯.

本來就是要證明有無窮多個無理數, 而我卻將結論打成 "有理數",
明顯的錯誤.
2014-09-30 2:03 am
感謝 Paul Liao 的分享

2014-09-30 11:33:41 補充:
To 老怪物:「有理數只有可數無窮多個", 而 "實數有不可數無窮多個".由於一個實數不是有理數就是無理數, 因此證明了 a, b之間 (a < b) 有無窮多個有理數.」是否打錯?

應是「因此證明了 a, b之間 (a < b) 有無窮多個無理數」吧。

不過還是感謝你的分享。謝謝。
2014-09-30 12:11 am
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2014-09-28 9:52 pm
我無法做到「嚴謹的數學證明」,不過能比打廣告的那兩位對你有較大的幫助。
(我打不出根號,將以( )代替,若有三次方根的情形,以3( )代替,以此類推)
設b=2、a=1
這之中的有理數有包括小數(為有盡的)、和分數(例:4/3、5/4、8/7、9/7、10/7......)
這之中的無理數有(2)、(2.1)、(2.2)、..........3(1.3)、3(1.4)、3(1.5).........
這該能回答你的問題吧!
參考: 我自己


收錄日期: 2021-05-04 01:58:39
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20140928000015KK01819

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