在数学领域,词汇有时具有与日常用法截然不同的特定含义,有理数和无理数之间的区别与推理和逻辑与原始情感冲动无关。
记住“比率”这个词
在记住有理数和无理数的区别时,想想一个词: 比率。
如果你能把一个数字写成两个整数的比率(例如,1除以10,-5除以23, 1543除以10,等等),那么我们就把它归入有理数的范畴,否则,我们认为是无理数。
你可以将整数或分数(整数的一部分)表示为一个比率,一个称为分子的整数放在另一个称为分母的整数上。把分母除以分子。这样可以得到1/4或500/10这样的数字。
与有理数相比,无理数是相当复杂的。它们不能用分数来表示,当你试图把它们写成一个带小数点的数字时,数字就会一直持续下去,不会停止或重复一个模式。
那么,是什么样的数字表现得如此疯狂呢?基本上,就是那些描述复杂事物的词。也许最著名的无理数是圆周率——有时写成π,希腊字母p——它表示圆的周长与直径之比。数学家史蒂文·鲍嘉在1999年《科学美国人》的一篇文章中解释道,无论圆的大小,比值总是等于圆周率。自从近4000年前巴比伦数学家首次尝试计算圆周率以来,一代又一代的数学家一直在努力,并提出了越来越长的不重复模式的小数串。
有时候,一个平方根,也就是一个数的一个因子,当它乘以它自己的时候,会得到你开始的那个数,是无理数,除非它是一个整数的完全平方,比如4,16的平方根。最明显的例子之一是2的平方根,结果是1.414加上一串无穷无尽的不重复数字。这个值对应于正方形内对角线的长度,这是古希腊人在毕达哥拉斯定理中首次描述的。
为什么我们使用“有理”和“无理”这两个词?
为什么我们称它们为有理和无理?这似乎有点模糊。我们确实通常使用‘有理’来表示更像是基于理性或类似的东西。根据牛津英语词典,它在数学中的使用似乎早在12世纪的英国文献中就出现了。如果你追溯‘rational’和‘ratio’的拉丁词根,你会发现这两个词的词根都与‘推理’有关。”
更清楚的是,有理数和无理数在文明的进步中都发挥了重要作用。虽然语言可能可以追溯到人类的起源,但数字的出现要晚得多。狩猎采集者可能不需要太多的数字精度,只需要粗略估计和比较数量的能力。
他们需要这样的概念,‘我们没有苹果了,’他们不需要知道,‘我们正好有152个苹果。’
但是,当人类开始开垦土地来建造农场、建造城市、制造和贸易商品、远离家园时,他们需要更复杂的数学。
假设你建造了一座屋顶,屋顶的高度与从底部到最高点的高度相同。屋顶表面本身从顶部到外缘的长度是多少?总是一个上升(移动)的根号2的因数。这也是一个无理数。
在科技发达的21世纪,无理数继续扮演着至关重要的角色。
圆周率显然是第一个值得讨论的无理数。我们需要它来确定圆的面积和周长。它对计算角度至关重要,而角度对导航、建筑、测量、工程等都至关重要。射频通信依赖于正弦和余弦,其中包含π此外,无理数在复杂的数学中发挥着关键作用,使高频股票交易、建模、预测和大多数统计分析成为可能——所有这些活动都使我们的社会保持活跃。