顛覆你的數學認知:0.9…等於1?無窮小大於0?

2021-01-10 騰訊網

「很多人在修完高數後,對無窮小的理解仍然很模糊。」

這句話是大一時高數老師講的。確實,橫跨十七、十八世紀的第二次數學危機,爆發的原因就是人們意識到數學上對「無窮小」這個概念並沒有一個嚴謹的定義。後來在柯西等數學家的努力下,無窮小終於紮下了嚴密的邏輯根基。這裡不去從嚴格的數學形式上討論無窮小,但藉助於1-0.999…,我們將更直觀地理解無窮小的奇妙性質,及它與0的區別。

0.999…是關於9的無限循環小數,它是否等於1,即1-0.999…是否等於0,曾在網上掀起了軒然大波。大部分網友認為1-0.999…=0,還有一部分網友認為1-0.999…=0不成立。

1-0.999…=1-3×0.333…=1-3×1/3=1-1=0這樣的證明方式,結果是正確的,但是它並不嚴謹,數學上嚴格的證明可從戴德金分割及有理數的定義出發去實現。由於1-0.999…=0.000…1,只看0.000…01的形式,我們會誤以為它就是一個標準的無窮小,但匪夷所思的是它嚴格等於0,可以認為0.000…01隻是0的無限小數的表示形式。

肯定的一點是,如果1-0.999…=0不成立,那麼1-0.999…=ε就會成立,ε是無窮小。這就意味著1-0.999…即0與無窮小ε是不同的。

無窮小ε,我們可以將它寫為1/n,當自然數n趨向於無窮大時,ε=1/n就是一個無窮小量。但是,自然數是沒有上限的,因此n永遠不可能達到無窮大,這就表明1/n永遠不可能嚴格等於0。由此我們看出,無窮小ε永遠是大於0的,但任意給定一個不為0的實數A,ε都會比它小,即0<ε<A。這也就表明,ε只是可以任意趨向於0的數的集合,對於任意不為0的實數A,集合ε中總存在著一個元素,使得這個元素小於A。

如果我們將ε寫成0.000…01的形式,就會發現,小數點到1之間的0的數量會很大,但始終是有限的,這也就說明了1-0.999…等於0而不是無窮小ε的原因。

無窮小與0的區別,明白了嗎?

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