有理數是「有道理」的數嗎?讓人不好理解問題

2020-12-11 中學數學精準輔導

有理數的英文是「rational number」,「rational」最常用的意思是:理性的,合乎道理的。但在《RANDOM HOUSE》(蘭登辭典)中,「rational」還有另外的意思:比,「rational number」是指「可以精確地表示為兩個整數之比的數」。我們教材中也有類似表示:整數和分數統稱有理數。分數當然是兩個整數的比,整數同樣也可以看成兩個沒有餘數的整數之比。

關於有理數這一叫法歷史上還有一段典故: 有理數這一概念最早源自西方《幾何原本》,明末數學家徐光啟和學者利瑪竇翻譯《幾何原本》,前6卷時的底本是拉丁文,他們將這個詞的拉丁文( 即「logos」) 譯為「理」,這個「理」在文言文中的意思是「比值」。

明末時期日本落後於我們,常常派使者來我國,這個有理數的概念也被他們拿走了,但是當時的日本學者對我國的文言文理解不夠,直接將在文言文中表示「比值」的「理」直譯成了「道理」的「理」,沒文化真坑人呀!

直到清朝中期我國對有理數的翻譯並沒有錯,可是到了清末,那時候中國落後於日本,於是清朝派留學生去日本,居然又將此名詞重新傳回中國,並且一直沿用至今。以至於現在中日兩國都用「有理數」和「無理數」這一錯誤的說法。所以說現在對「有理數」名稱的理解的疑惑是歷史原因造成的。

數學家項武義曾倡議將有理數改名為「比數」或者「可比數」,但無奈這一改名工作量實在太大,所以一直沒有成行。如果數學中能說明這一名稱的背景,那麼學生就不會對這一名稱產生疑惑了。

反思一下,如果我不了解這個背景,是不是可以這樣回答學生提問:「這個問題我也不清楚,讓我回去查查書,或者問問別人,不過我想,把整數和分數統稱為有理數一定是有原因的,你的問題太好了,你忠實地去追求了真理,世界上不存在『沒有什麼為什麼的事物』,凡事都值得去問為什麼。」

此外,學生學到了到了實數部分還會有疑問:為什麼有限小數和無限循環小數是也有理數? 有理數的定義中沒有提「有限小數和無限循環小數」,教材中一直給出的解釋就是「有限小數和無限循環小數」可以化為分數,那為什麼呢?

依然還是有理數。

進一步還可以得到: 任何一個有理數一定可以表示成有限小數或者無限循環小數,在這裡只需要討論正有理數的情形即可。

其實我認為,隨著計算機技術的發展,小數的精確度的計算越來越高,越來越方便,人們從小數的角度出發,通過比較小數的循環情況發現了規律,從而做出了無理數與有理數的區分。

有理數的產生,是數系擴充的必然結果,是人類文明發展所導致的,具有數系擴充的一致性。是整個實數範圍的數系發展過程的產物,是在感知數與計數、自然數、分數、小數以及到有理數的產生中逐步延伸。

《道德經》有雲「有無相生」,有理數的出現必定和無理數的出現是相關聯的,是同時被命名的。但在有理數被命名之前,並不代表後期被歸類為有理數的數不存在,例如:「1、2、3.22」等分數、整數,它們本來就存在。但是在未被命名為有理數的時候,它們就不是有理數,正所謂「無名,天地之始;有名,萬物之母」也。

遠古時期的人類在生活中遇到了許多無法解決的困難:原始人為了生存,他們在長期的狩獵和食物分配中逐漸出現了「有」和「無」的概念,以後逐漸形成「多」與「少」的概念,然後在對比中出現了「1」與「多」的區別。隨著時間的推移慢慢地產生了數的概念。當時人們的認知裡,超過3的物體都是「許多」。

我國偉大的哲學家在闡述「宇宙生成論」時就說:「道生一,一生二,二生三,三生萬物」,大致就是這個意思。而「4」以及「5、6、7……」等每一個數的產生,都是一個歷史性的時刻。在存儲、交換中,需要數數和比較,則需要記錄數量,此時則產生計數,計數的過程經歷了手指計數——實物計數——刻痕計數(初步符號計數)——符號計數,是一個漫長的過程。在自然數的符號表示方面,古羅馬的數字相當特別,現在許多老式掛鐘上還常常使用它們。羅馬數字的符號一共只有7個,分別是:I(代表1)、V(代表5)、X(代表10)、L(代表50)、C代表100)、D(代表500)、M(代表1,000)。這7個符號位置上不論怎樣變化,它所代表的數字都是不變的。

中國人認可0要比西方早上千年。「零」的概念出現的比較早(中西方都如此),最初,人們在記數和計算時,由於需要記錄和計算的東西越來越多,逐漸產生了位值制記數法。這種記數法的產生,在表示「沒有」和「空位」時就產生了初步的「零」的概念。

值得提出的是,中文裡的「零」最初並不表示「空無所有」,只表示「零碎」、「不多」的意思。隨著阿拉數字的引進。「零」字與「0」恰好對應,因此,「零」也就具有了「0」的含義。

以上所說的數都是自然而然產生的數,被稱為「自然數」(除了0,0被視為自然數是在非常晚的,我國在1993年頒布的《中華人民共和國國家標準》中才規定自然數包括0。)即一個物體也沒有,用0表示,0也是自然數。此時此刻的數值指自然數。

據數學史書記載,三千多年前埃及紙草書中已經記載了關於分數的問題。而我國在2000多年前,也有了分數,只是那個時候分數的表現形式與現在的不一樣而已。值得一提的是,當時的印度也出現了和我國相似的分數表示法。引進分數,這是數的概念的第一次擴展。

開始,人類只能用整數表示數量,繼而在所表示的數量的末尾附註「有餘」、「有奇」或「強」、「弱」等字樣,以表示該數量與實際量之間的差異,當需要用數來比較精確地表明這種差異的時候,就逐漸形成了兩種表示方法:一種是用分數來表示不足整數的剩餘部分(分數小數同時產生,相輔相成,但又相互獨立);另一種是發展度量衡系統,採用更小的度量衡單位來表示有關的量,如劉徽在註解《九章算術》時,長度的記法採用的單位是:丈、尺、寸、分、釐、毫、秒、忽,「忽」是最小的單位,在計算中他把「忽」作為單位,以下那些沒有明確單位的數就是小數,劉徽稱作「徽數」。

劉徽是目前記載中最早使用小數的人,不管小數怎樣進行發展,都沒有脫離十進位的規則,而且逐漸進行完善,直到十九世紀末期,才形成現在這樣用小數點進行表述小數的計數法。【備註:在無理數出現前,小數都是可以轉化為分數的形式,無限循環小數也可以轉化為分數】

到目前為止,數系的擴充到了整數和分數,區分的標準就是是否被分,能夠完整且未被分割的數就是整數,被分開的數根據應用的不同場景分為分數和小數(此時的小數可統一為分數)。

在整個歷史長河中分數也起到了非常重要的作用,開始人們只使用簡單的分數,如一半,一半的一半等,後來才逐漸出現了三分之一,三分之二等簡單的分數,經過漫長的歷史演變,直到阿拉伯人發明了分數線後,逐漸形成今天分數的表示法。

負數的產生和「0」的產生一樣,在西方人的眼裡一度被認為是一個魔鬼數字,與當時的教義理念完全不相符,在我們的實際生活中也無法直觀地感觸到,所以讓人一度無法接受。但是它的出現卻和我們的生活實踐相契合。

一方面,在我們的生活中經常遇到表述一些具有相反意義的量,如收入與支出、盈利與虧損、上升與下降等。

另一方面,在數的運算中,經常會遇到例如「3 – 4 =?」這樣的難題,這樣就出現了現有的數(自然數、分數、小數)不夠用的矛盾。於是,就產生了負數。當負數的概念產生的那一刻,也就有了正數的概念。正數與負數形成了具有相反意義的兩個數。

數的擴充到上述為止,好像已經完美了,自然界的一切場景和現象都可以用這些數進行公度,但數學史上的一大危機的出現,改變了人們的看法。等上了高中,就會有專門的符號表示這些數的範圍,有興趣的同學們可以了解一下。常用的有:Z表示整數範圍,Q表示有理數範圍,R表示實數(有理數與無理數的合稱)範圍。

記住!世界上不存在『沒有什麼為什麼的事物』,凡事都值得去問為什麼。

相關焦點

  • 有理數,無理數,實數傻傻分不清?
    實數的分類,除了經常我們看到的-1,3,0.5等等這些數,會在數學上做一個分類。那應該怎麼分類?1.有理數與無理數有理數是有道理的數,無理數是沒有道理的數?此言差矣!實數,包括有理數,無理數。同樣的道理,有理數包括整數與分數。就是1,4,-7等這些整數,其中這個分數是無限循環小數與有限小數。
  • 《有理數》教學設計
    2、 教學目標①理解有理數產生的必然性、合理性及有理數的分類;②能辨別正、負數,感受規定正、負的相對性;③體驗中國古代在數的發展方面的貢獻.3、 教學重點和難點教學重點:理解正數和負數的概念和有理數概念.教學難點:對負數概念的理解和有理數的分類.
  • π的萊布尼茲公式,無窮多個有理數相加還是有理數嗎?
    關注默契小甜瓜,每天分享不一樣的小知識在我們的直覺中,有理數和有理數相加結果還是有理數,事實上,有限個有理數相加結果就是有理數。但是,無窮多個有理數相加結果還是有理數嗎?很多問題在有窮的範圍內是很容易理解的,但是如果涉及到無窮的時候,結果往往跟我們的直覺是相悖的。例如,著名的π的萊布尼茲公式。這個公式中,將圓周率π和所有奇數的倒數建立了聯繫,很明顯無窮多個有理數相加的結果可能是一個無理數。那麼這個公式是怎麼得到的呢?
  • 根號2是有理數嗎?
    根號2是有理數嗎?一.學習目標1.通過拼圖活動,讓學生感受無理數產生的實際背景和引入的必要性.2.能判斷給出的數是否為有理數;並能說出理由.2、回答幾個問題(1)假設拼成大正方形的邊長為a,則a應滿足什麼條件呢?(2)a可能是整數嗎?說說你的理由(3)a可能是以2為分母的分數嗎?可能是以3為分母的分數嗎?(4)a可能是分數嗎?
  • 有理數第5講有理數的減法新課,送給初學者和計算有困難的孩子
    有理數第5講有理數的減法新課,送給初學者和計算有困難的孩子學習就像是蓋一座大廈,學習的基礎就是大廈的地基,如果我們基礎打不好,就仿佛地基建不牢,最終會導致大廈建不高,只要我們把學習的基礎掌握得扎紮實實,才能在我們學習的道路上越走越順利,才能學有所成
  • 初一數學《有理數》——有理數基本概念
    3.有限小數和無限循環小數都可以化成____分___數,因此,它們都是___有理___數.正數集合{_____________…};負數集合{____________…};整數集合{____________…};正分數集合{_____________…};負分數集合{____________…};分數集合{___________…};有理數集合{_____________…}.這是一道開放性題,根據數的分類來作.
  • 《有理數加法運算律》教案
    《有理數加法運算律》教案一、教學目標【知識與技能】掌握有理數加法運算律,理解其在加法運算中的作用。【過程與方法】經歷探索有理數加法運算律過程,培養觀察思維邏輯推理能力。【情感、態度與價值觀】問題分析解決過程中,感受數學的魅力。
  • 有理數和無理數
    有理數是可以表述為分數的數。更準確地說,如果r = a/b,其中a和b都是整數,且b ≠ 0,則r是有理數。有理數包括,如23/58、-22/7、42 (42/1)。有理數之外的數被稱為無理數。你也許聽說過π = 3.14159……這是一個無理數,我們將在第8章討論它。對於下一個定理,回憶一下分數加法是有幫助的。兩個具有相同分母的分數比較容易相加。
  • 《有理數》單元測試卷提示:學好有理數需要掌握好這些
    學習有方法,解題有技巧。剛跨入初中校門的學生對有理數的學習需要把握好以下幾方面。了解正數和負數是實際生活的需要;會判斷一個數是正數還是負數;會用正負數表示互為相反意義的量;通過對數「零」的意義的探討,進一步理解正數和負數的概念。
  • 從有理數到實數和數的連續體
    文章稍長,但看完後你至少會明白如下幾個關鍵問題:無理數或實數的定義;實數集為什麼是連續的、實數集裡的數為什麼可以和數軸上的點一一對應;無理數的獨特性質;無理數為什麼也滿足有理數的運算法則和運算性質(如乘法結合律、分配律等);另外,本文引證了一些英文敘述,看不懂並無大礙,理解我的中文敘述才是重點。
  • 一文看懂有理數的「理」字
    與之相對的無理數,則是那些不能由整數比表示的實數,比如根號二(當然,實數以外還有虛數)。可是為什麼滿足這個性質的數就叫有理,沒這麼個性質就無理了呢?在Den同學讀初中的前移動互聯時代,不懂就查的習慣還沒有得到有效的培養。記得當時數學老師講了有理數和無理數的來源,但是似乎並沒有提到其中翻譯的玄機。這個問題也就擱置了下來。直到這次Den同學聽到了英語母語者用英語對有理數的解釋。
  • 《有理數的乘方》備課準備
    這是因為:(1)要熟練地進行有理數的乘法運算,就得深刻理解運算法則,對法則理解得越深,運算才能掌握得越好。(2)學好有理數的乘法法則,對將要學習的有理數的除法以及其他的運算都是至關重要的。本節課的難點是有理數乘法中的符號法則。
  • 有理數第4講有理數的加法新課講解,這是初中計算的關鍵
    有理數第4講有理數的加法新課講解,這是初中計算的關鍵進入初中後,數學先學的是有理數,對於有理數來說最重要的是有理數的計算,其中很重要的一種計算是加法,如果有理數的加法運算學不好,那麼對後期所學的整式加減還有實數運算有著很大的影響,所以學好有理數的加法非常重要
  • 圓周率乘以一個數會變成有理數嗎?
    當然可以變成有理數,最簡單的π乘以0不就可以了,相信很多人都想到這點了。除了零之外,還有很多數與π相乘可以變成有理數,比如說1/π,2/π......可以說有無數個這樣的數!很明顯,π是一個數,它是無理數,那麼1/π當然也是一個數,也是無理數。
  • 2.2 有理數的定義 | 第2講 有理數
    教學成績顯著,學生多人考入北清名校。「國培計劃」上公開課並獲一致好評課程目錄第1講 正數和負數1.1 課前引言1.2 正數與負數的定義1.3 練習1.4 習題精練1.5 思考題1.6 探究第2講 有理數2.1 上節課回顧2.2 有理數的定義
  • 有理數和無理數的區別 有理數和無理數區別
    在數學學科中,有有理數和無理數,那你知道有理數和無理數之間的區別嗎?下面就讓我們一起來了解一下吧。一、有理數和無理數性質上的區別:有理數:是指兩個整數的比,總能寫成整數、有限小數或者是無限循環小數。無理數:不能寫成兩個整數之比,是無限不循環小數。二、有理數和無理數結構上的區別:有理數:是整數和分數的統稱。
  • 有理數的除法基礎鞏固,分享給初一正在預習有理數的孩子
    有理數的除法基礎鞏固,分享給初一正在預習有理數的孩子有理數是初中數學計算的基礎,對於剛進入初中的學生來說,數學中有理數是很重要的一部分,有理數既然作為我們數學學習中的基礎知識,更是奠定了有理數在我們後期數學學習的基礎,所以在我們一開始打基礎的時候就要紮實的學習
  • 《有理數》說課稿
    教學設計: 本課教材所處位置,是小學所學算術數之後數的範圍的第一次擴充,是算術數到有理數的銜接與過渡,並且是以後學習數軸、相反數、絕對值以及有理數運算的基礎。 重點:正、負數的意義, 難點:負數的意義及0的內涵。
  • 「第一章 有理數」導學
    >這一章的主要內容有:(一)有理數是什麼樣的數;(二)怎樣進行有理數的運算這兩個內容恰好反映了研究各種數時一般要抓的要點:首先是數的概念,然後是數的運算法則和規律各種數的產生主要有兩個原因:一是實際生產和生活的需要,即來自數學外部的原因;另一是數學本身發展的需要,即來自數學內部的原因本章中關於有理數概念的展開,
  • 有理數及其運算之有理數知識點講解
    一、進一步的認識負數同學們在生活中見過用負數表示的量嗎?先思考一下,好好想一下,有哪些?二、有理數的定義整數和分數統稱為有理數。整數是由正整數、零和負整數組成的。分數是由正分數和負分數組成的。有理數由正有理數、零和負有理數組成的。三、有理數「0」的作用四、有理數考點易錯點零既不是正整數也不是負整數,零是整數。