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1樓 侃吧管理员 2024-11-26 16:53

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2樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:48
中文維基百科記述:


一个立体化的0.999…文本。

0.999…,也可写作或是,是一个具有特殊意义的无限循环小数,由小数点后无限的 9 序列组成。在数学的完备实数系中,「0.999…」所表示的数与「1」相同。换句话说,“0.999...”不是“几乎完全”或“非常、非常接近但不完全”等于1;相反,“0.999...”和“1”正好代表相同的数字。

3樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:48

有很多方法可以证明这种等式,从直觉的论证到严谨的数学证明。 所使用的技术取决于目标受众、背景假设、历史背景和实数概念的发展,因为通常是在实数系统中定义 0.999...。 在其他系统中,0.999... 可以具有相同的含义、不同的定义或未定义。

一般地說,每个非零有限小数都有两个相等的表示形式(例如,8.32 和 8.31999...),这是所有位置数字系统表示形式的属性,无论基数如何。 对有限小数十进制表示形式的功利主义偏好导致了一种误解,认为它是唯一的表示形式。 由于这个原因和其他原因(例如依赖于非基本技术、属性或学科的严格证明),有些人可能会发现等式足够违反直觉,从而质疑或拒绝它,而这一直是数学教育中多项研究的主题。

4樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:49

0.999…是書寫於小數記數系統中的一個数,读作:“零点九,九循环”。一些最简单的0.999… = 1 的证明都依赖於这个系统方便的算术性质。大多數的小數算术──加法、减法、乘法、除法,以及大小的比较,使用与整数差不多的數位層次的操作。与整数一样,任何两个有限小数只要数位不同,那么数值也一定不同。相对的,任何一个形如0.99…9的数,但是9的数量有限,则这个数字是小于1的。

这类展开式的非唯一性不仅限於十进制系统,相同的现象也出现在其它的整数进位制中。数学家们也列举出了一些1在非整数进位制中的写法,这种现象也不是仅仅限於1的:对於每一个非零的有限小数,都存在另一种含有无穷多个9的写法,由於简便的原因,这时几乎肯定使用有限小數的写法,这样就更加使人们误以为没有其它写法了,实际上,一旦在完备实数系中允许使用无限小数,那么在所有的进位制中都有无穷多种替代的写法,例如,18.3287与18.3286999…、18.3287000…,以及许多其它的写法,都表示相同的数,这些各种各样的等式被用来更好地理解分數的小数展开式的规律,以及一个简单分形图形──康托尔集合的结构,它们也出现在一个对整个实数的无穷集合的经典研究之中。

在过去數十年裡,許多数学教育的研究人员研究了大眾及学生们对该等式的接受程度,许多学生在學習开始時怀疑甚至拒絕该等式,但許多学生被老師、教科书和如下章節的算術推論說服並接受两者是相等的。儘管如此,許多人們仍常感到懷疑,及提出进一步的辯解,這經常是由於存在不少對數學实数的錯誤觀念等背後因素(參見以下教育中遇到的懷疑一章節),例如認為每一个实数都有唯一的一个小数展开式,以及認為無限小(无穷小)不等於0,並且將0.999…视为一个不定值,即該值只是一直微微擴張變大,因此与1的差永遠是無限小而不是0,因此「永遠都差一點」。可以构造出符合這些直觀的數系,但這個觀念只能用於初等数学或多數更高等數學中的标准实数系统之外进行,的確,某些設計含有「恰恰小於1」的数,不過,这些数一般与0.999…无关(因为与之相关的理论上和实践上都皆無實質用途),但在数学分析中引起了相当大的關注。

误解0.999…中的省略号的意义,是误解0.999…= 1的其中一个原因。这里省略号的用法与日常语言中0.99…9的用法是不同的,0.99…9中的省略号意味着的有限的部分被省略掉了。但是,当用来表示一个循环小数的时候,"…"则意味着无限的部分被省略掉了,这只能用极限的数学概念来阐释。作為使用傳統數學的結果,指派給記數表示式“0.999…”的值定義為一個實數,該實數為收敛数列(0.9,0.99,0.999,0.9999,0.99999,…)的极限。「0.999…」是一个数列的极限,从而,对於0.999…= 1这个等式就很直观了。

与整数和有限小数的情况不一样,其實記數法也可以用多種方式表示單一個數值。例如,如果使用分數,。但是,一个数最多只能用两种无限小数的方法来表示。如果有两种方法,那么其中一种一定是从某一位开始全是循環重複的9,而另外一种则是从某一位开始就全是循環重複的0。

0.999… = 1 有许多证明,它们各有不同的嚴謹性,一个嚴謹的证明可以简单地说明:考虑到两个实数其實是同一個的,当且仅当它们的差等於零。大部分人都同意;0.999…与 1 的差,就算存在也是非常的小(實際上根本不存在,即差等於0)。考虑到以上的收敛数列,这时可以证明这个差的大小一定是小於任何一个正数的,也可以证明(详细内容参见阿基米德性質),唯一具有这个性质的实数是0。由於差是0,可知 1 和 0.999…是同一數,用相同的理由,也可以解释为什么「0.333…=1/3」;以及該等式乘上3倍後可得出「0.999… = 1」。

5樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:49

证明

對位相減

在不考慮柯西序列的情況下:1.00000…−0.99999…这个結果為0.000…,也就是後面的0無限循環。這兩個數目皆可表示成無限循環小數,小數點後五位之後還會一直填上0,始終無法找到最後一位來填上1,因為如果補上1就會成為有限小數。1.000… - 0.999… = 0.000… = 0,故1 = 0.999…。

這假設了0.999…沒有「最後的9」、這些無限循環小數的小數點後的位數為可列的(可以由第一個數位一個位一個位數下去而於有限次數到任一個數位)(這已得出0.999…沒有「最後的9」)、1.000… - 0.999…的結果存在小數表示式。運算結果將沒有「最後的1」,所以1與0.999…沒有差值。

6樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:49

代数

分数

无限小数是有限小数的一个必要的延伸,其中一个原因是用来表示分数。用長除法,一个像的简单整数,長除法後变成了一个循环小数0.333…,其中有无穷多个数字3。利用这个小数,很快就能得到一个 0.999… = 1 的证明。用 3 乘以 0.333… 中的每一个 3,便得到 9,所以 3 × 0.333… 等於 0.999…。由於  等於1,所以 0.999… = 1。

这个证明的另外一种形式,是用同乘以9。




    

  

由於两个方程都是正确的,因此根据相等关系的传递性质,0.999…一定等於1。类似地,,且。所以0.999…= 1。

7樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:49

一个特别的除法竖式

用竖式计算可得 

设 



解此一元一次方程式得:



所以  。

8樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:50

位数操作

另外一种证明更加适用於其它循环小数。当一个小数乘以10时,其数字不变,但小数点向右移了一位。因此10 × 0.999…等於9.999…,它比原来的数大9。

考虑从9.999…减去0.999…。这时可以一位一位地减;在小数点后的每一位,结果都是9 - 9,也就是0。但末尾的零并不能改变一个数,所以相差精確地是9。最后一个步骤用到了代数。设0.999… = c,则10c − c = 9,也就是9c = 9。等式两端同除以9,便得证:c = 1。用一系列方程来表示,就是

0.(9)=1的解釋

以上两个证明中的位数操作的正确性,并不需要盲目相信,也无需视为公理;它是从小数和所表示的数之间的基本关系得出的。这个关系,可以用几个等价的方法来表示,已经规定了0.999…和1都表示相同的實數。

9樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:50

實分析

无穷级数和数列

对于任何一个小数,都可以定义为无穷级数的和。一般地:



.

对於0.999…来说,这时可以使用等比级数的收敛定理:



如果
10樓 JosephHeinrich 2024-11-26 18:50
等比级数的和本身,是一个比欧拉还要早的结果。一个典型的18世纪的推导用到了逐项的操作,类似於以上的代数证明。直到1811年,Bonnycastle的教科书《An Introduction to Algebra》(《代数的介绍》)依然使用这种等比级数的方法来证明对0.999…使用的策略是正当的。在19世纪,这种在當時被以為随随便便的求和方法遭到了反对,这样便导致了现在仍然占有支配地位的定义:一个级数的和定义为数列的部分和的极限。该定理的一个对应的证明,明确地把这个数列计算出来了;这可以在任何一本以证明为基础的微积分或数学分析的教科书中找到。

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