0.999……是数吗?
2022-10-13 19:39阅读:
连着用3篇博文讨论了“数”,主要问题就是“数的定义”,要解答的就是“小数都是实数吗?”
我发现,判断一个量是不是“数”的关键就是是否有“确定取值”,而判断是否有“确定取值”的关键就是看它是否与“几何”对应。
虽然普遍的观点认为“小数就是实数”,但是,从概念角度并没有这样的定义,都是人为想当然的。
欧多克斯的“实数”定义是不严谨的,所以后来才要用戴德金分割重新定义。
我们可以发现,欧多克斯是通过重新定义“比例”来扩展有理数到实数的,但是,他是以当时已发现的无理数想当然地理解了无理数,即,当时已发现的无理数都是有确定取值的,而且都是无限不循环小数,就想当然地认为所有无限不循环小数都是无理数了,而没有论证是否所有无限不循环小数都是有“确定取值”的?如此草率地判断了无限不循环小数,当然就得出了“所有小数都是实数”的判断了。这就是欧多克斯定义实数的漏洞。
那么,我们再看戴德金分割,我们发现他也是先验地以为都是一个确定的“点”,但是,戴德金分割定义本身却并没有排除分割是变量的情况,我们可以称之为“疏忽”,或者“想当然”,就和欧多克斯一样,也就是说,戴德金分割并没有保证分割的“确定性”,他以为用一个方程的形式来定义分割点的值就保证该值是确定的了,但是,如果方程中包含了类似无穷小性质的量呢?得出得取值就是一个极限概念了,虽然极限是个确定的值,但是取极限的这个“量”是确定的?还是不确定的呢?就拿无穷小为例,其极限是0,但我们能说“无穷小是有确定取值的”吗?显然不能,柯西已经证明过了。
其实,思考到这里,我们只是从定义本身发现了问题,却没有得出明确的判断来,即“小数都是实数吗?”
其实,只要找到一个不是“确定取值”的小数,就可以得出结论了,但是,我们并没有做到。今天写这个博文就想讨论这个问题。
同样用“思想实验”的方式,我们发现,0.999……就是一个极限的东西,它无限接近于1,但又永远达不到1,因为一旦达到,它就该终止了,而不再是“无限”了。所以,从这一点上它很像无穷小。现在的问题就是要判断0.999……是什么的问题了。
从“无限”的动态过程来看,它在一直不停的奔向1,又永远达不到1,这个过程和取极限的过程一模一样,可以说它和1之间永远就差一个无穷小量,那么,从几何确定的角度看,它是没有确定取值的。而按照实数“相等”的定义看,它与1之间只有无穷小,没有其他实数,它就是应该等于1,即它的确定取值就是1.那么,这个几何不确定和实数的确定之间到底哪个概念优先呢?——这将成为判断的关键。
我个人认为,当然是“几何优先”,实数定义本身都有问题,又怎么能拿实数定义的“相等”来作为依据呢?
但是,现在的问题是0.999……到底是什么?它是个变量吗?就像无穷小那样?它是序列或者函数吗?因为只有对于序列或者函数才能取极限。用现代数学的概念,我们可以认为0.999……(包括所有无限小数)是一个按照某种算法一直处于构造过程中的动态的量。因为,“小数”本身就是一个构造的量,而不是数的定义,所以,它可以不是数。所以,几何确定最原始、最优先,而实数定义和实数相等定义在后,实数因几何确定而定义,所以,结论可以得出了,即:0.999……不具有几何确定性,因此不是数。
0.999……是实数,本身就不是定义,而是根据实数的定义推论出来的一个答案,而在推论的过程中并没有事先论证它是否具有确定性,就想当然地以为它是确定的,这才是错误的根源。不是数就不能用实数相等的概念去论证,这就是问题所在。
因为重新理解了“几何确定”的概念,如今我敢于明确的得出判断了,0.999……不是数。一个动态的处于永远无限接近某个确定值的量,怎么会是几何确定的呢?就是这个理由。