实数
数学定义
实数(real number)是有理数和无理数的总称,定义为与数轴上的点相对应的数,是实数理论的核心研究对象,它与虚数共同构成复数。
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实数可以分为有理数和无理数或代数和超越数1。所有实数的集合可称为实数系(real number system)或实数连续统。理论上,任何实数都可以用无限小数的方式表示,小数点的右边是一个无穷的数列(可以是循环的,也可以是非循环的)。
基础定义
实数可实现的基本运算有加、减、乘、除、乘方等,对非负数(即正数和0)还可以进行开方运算。实数加、减、乘、除(除数不为零)、平方后结果还是实数。任何实数都可以开奇次方,结果仍是实数,只有非负实数,才能开偶次方其结果还是实数。
实数
封闭性
实数集对加、减、乘、除(除数不为零)四则运算具有封闭性,即任意两个实数的和、差、积、商(除数不为零)仍然是实数。
有序性
实数集是有序的,即任意两个实数
、
必定满足并且只满足下列三个关系之一:
,
,
。
传递性
实数大小具有传递性,即若
,且
,则有
。
阿基米德性质
实数具有阿基米德性质(Archimedean property),即
,
,若
,则∃正整数
,
。
稠密性
实数集具有稠密性,即两个不相等的实数之间必有另一个实数,既有有理数,也有无理数。
完备性
作为度量空间或一致空间,实数集合是个完备空间,它有以下性质:
一、所有实数的柯西序列都有一个实数极限。
有理数集合就不是完备空间。例如,(1, 1.4, 1.41, 1.414, 1.4142, 1.41421, ...) 是有理数的柯西序列,但没有有理数极限。实际上,它有个实数极限
。
实数是有理数的完备化——这亦是构造实数集合的一种方法。
极限的存在是微积分的基础。实数的完备性等价于欧几里德几何的直线没有“空隙”。