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证明无限循环小数都是有理数

(2014-08-08 16:41:23)
分类: 数学

读《数学的源与流》,想到一个问题:

 

实数是由有理数和无理数组成的,而且从实数轴的稠密程度来看,无理数点比有理数点要“稠密”得多。

 

什么是有理数?简单的说,形如b a(a, b都是整数)的数,就是有理数。

 

什么是无理数?简单说,无限不循环小数都是无理数。

 

于是问题是:无限循环小数一定都是有理数喽,怎么证明呢?

 

显然,对于无限循环小数0.X1X2X3… XkX1X2X3… XkX1X2X3… Xk…(其中对1<=i<=k,1<=Xi<=9,且是Xi是整数;k是它循环部分的位数,并且k属于自然数集)这样的无限循环小数来说(X1X2X3… Xk是它的循环部分),如果我们能够构造一个分式b a(a, b都是整数),使得:

 

a=0.X1X2X3… XkX1X2X3… XkX1X2X3… Xk…

 

那么自然也就证明这个命题了。构造过程如下:

 

  =0.X1X2X3… XkX1X2X3… XkX1X2X3… Xk…

          =0.X1X2X3… Xk+(10^-k) (0.X1X2X3… Xk)+(10^-2k)(0.X1X2X3… Xk)+(10^-3k)(0.X1X2X3… Xk)+...

 

=(0.X1X2X3… Xk)a+(10^-k)(0.X1X2X3… Xk)a+(10^-2k)(0.X1X2X3… Xk)a+(10^-3k)(0.X1X2X3… Xk)a+...

 

(10^k)b =(X1X2X3… Xk)a +(0.X1X2X3… Xk)a+(10^-k)(0.X1X2X3… Xk)a+(10^-2k)(0.X1X2X3… Xk)a+...

 

             =(X1X2X3… Xk)a b

 

(10^k-1)b =(X1X2X3… Xk)a

 

=(X1X2X3… Xk)/(10k-1)

 

换句话说,形如0.X1X2X3… XkX1X2X3… XkX1X2X3… Xk…的无限循环小数,它的有理数表示方式是:(X1X2X3… Xk)/(10k-1)

 

做几个简单验证:

0.33333…=3 /(10-1)=1/3

0.142857142857…=142857/(1000000-1)=1/7

 

另外,对于那些不是单纯循环的小数,比如5.2345454545…,只要把它表示成:

 

5+0.23+(0.454545…)10-2

 

就可以用上面的方法构造出它的有理数表示形式了。

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