如何证明√2是无理数?大学学历未必会,看完这个初中学历足矣!

像是很多希腊神话中的英雄一样,哲学家希帕索斯曾被天神处以致命的惩罚,但他到底犯下了什么罪行呢?希帕索斯的罪过是一个数学证明,他发现了无理数!

希帕索斯属于一个被称为“毕达哥拉斯主义数学家”的群体,他们对数学有着宗教式的崇敬,他们的格言是“一切都是数学”,数字是构建宇宙的基石。

而这个信念其中一条就是从宇宙学,形而上学,音乐知道道德的一切,都遵从不变的规则,称之为数字的比值。因此,任何一个数字都可以被写成比例的形式。

比如,5等于5/1,0.5等于1/2。即便是无限循环小数,比如0.3333(无限循环),也可以被精确地表达为1/3!所有的这些,我们现在都称之为有理数。

但是希帕索斯发现了一个违背这个和谐的规则的数字,它被认为是不应该存在的,比如说π和√2。

这个问题起始自一个非常简单的图形,一个边长为一个单位的正方形。根据勾股定理,正方形对角线的长度是√2.但是在尽力尝试后,希帕索斯无法将其表达为两个整数的比值,但与其因此而放弃,他决心证明这是不可能做到的事。

首先,希帕索斯假设毕达哥拉斯的世界观是正确的,即可以用两个整数的比来表达√2,他用p和q表示这两个假设的数,假设这个比值已经被公约到其最简形式,p和q之间就不存在任何公约数。

为了证明√2不是有理数,希帕索斯只需要证明p/q是不存在的,所以,他在等式两边都乘以q,然后将两边平方,就得到这样一个等式:2q²=p²

任何一个数乘以2都将得到一个偶数,所以p的平方只能是偶数。如果p是奇数,那p的平方就不可能是偶数,因为奇数的平方永远是奇数,所以p也是偶数,因此p可以写成2a(这里a是一个整数)。我们把2a代入等式并简化,就得到这个等式:q²=2a²

再说一次,2乘以任何整数都将得到一个偶数,所以,既然q²一定是偶数,那么q也一定是偶数,这样p和q都是偶数!

但如果真的是这样,它们就有了公约数:2,这和最初的假设(p和q不存在任何公约数)相矛盾。希帕索斯就是如此证明这样的比值是不存在的!这叫做反证法。但是据传说,天神并不喜欢被认为是矛盾的。

尽管我们不能以整数比值的形式来表现这些无理数,我们却可以在数轴上把其中的一些标绘出来,比如说√2,我们需要做的就是画一个两边长为一个单位的直角三角形,斜边的长度就是√2,它可以被延伸到数轴上!

这里的关键就是,小数和比值仅仅是表达数学的方式,√2只是一个两条边长都是1的直角三角形的斜边!

同样地,π这个有名的无理数,永远精确地等于它代表的圆周率,也就是圆的周长和其直径的比值,它的近似值约等于22/7,或者355/113,但永远都不能精确地等于π。

我们永远都不会知道希帕索斯最终的结局,但我们知道,他的发现带来了一场数学的变革。所以无论传说是什么样的,都不要惧怕去探索那些所谓不可能的事!

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