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无高等数学知识阐释对0.99循环的理解

2023-09-09 05:53:48      来源:哔哩哔哩


(资料图)

本文尝试不依靠高等数学的结论,仅利用初等数学知识辅以无穷小分析的思想来解释循环与1的关系。希望大家可以提出问题意见并予以批评指正。

先阐述"循环"的性质:(1)是一种称为“无限循环小数”的表示数的符号,是指小数点后有无数个9(用牛顿的话讲就是“要多少个9就有多少个9”);(2)是一个数,和任何其他实数一样,是确定的数,不是一个极限运算。为方便叙述,同时强调循环的符号性和常数性,设A=循环。下面分三步证明:一、首先构造数列a(n)=...(小数点后n个9),显然有:"任取正整数N,有a(N)<A"(因为前者小数点后只有有限个9,后者是无限个9;也可以根据小数比大小规则,比较小数点后第N+1位0<9同样得出该结论)从而有:"不等式丨A-1丨<丨a(N)–1丨对于一切确定的正整数N都成立"二、下面将证明:"任取ε>0(ε是一个变量,是用来衡量无穷小的指标,可以取任何正数),均有丨A-1丨<ε",分5小步证明:①对任意确定的正数ε,必存在正数S,使得εS>1.(可以知道S是一个由ε决定的正数,取定一个ε,就可以找到至少一个与之对应的S,这是实数的阿基米德性得出的)②我们知道y=10^x这个函数的值域为(0,+∞),显然①中的S在该值域中,不妨设10^p=S,于是取正整数N=[p]+1,([]是取整函数,表示取p的整数部分),又由y=10^x的单调性得出10^N≥10^p=S.③由①②并结合不等式的运算性质,有ε>1/S=1/(10^p)>1/(10^N)④按照之前数列a(n)的定义,a(N)=(小数点后有N个9),于是丨a(N)–1丨=...01(小数点后有(N-1)个0然后是一个1)=1/(10^N)⑤我们已经在第一步证明了“不等式丨A-1丨<丨a(N)–1丨对于一切确定的正整数N都成立”,那么由③④得出连不等式丨A-1丨<丨a(N)–1丨=1/(10^N)<ε三、丨A-1丨是两个确定的数的差的绝对值,一定是一个定值。又因为绝对值有非负性,即丨A-1丨≥0假设丨A-1丨>0,可以设丨A-1丨=δ>0于是可以取ε=δ/2>0(之前有说明ε可以取任意正数,所以当然可以取δ/2),那么有丨A-1丨=δ>δ/2=ε,这与之前证明的丨A-1丨<ε矛盾,于是假设不成立,只能是丨A-1丨=0,解得A=1.

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