(資料圖)
本文嘗試不依靠高等數學的結論,僅利用初等數學知識輔以無窮小分析的思想來解釋循環與1的關系。希望大家可以提出問題意見并予以批評指正。
先闡述"循環"的性質:(1)是一種稱為“無限循環小數”的表示數的符號,是指小數點后有無數個9(用牛頓的話講就是“要多少個9就有多少個9”);(2)是一個數,和任何其他實數一樣,是確定的數,不是一個極限運算。為方便敘述,同時強調循環的符號性和常數性,設A=循環。下面分三步證明:一、首先構造數列a(n)=...(小數點后n個9),顯然有:"任取正整數N,有a(N)<A"(因為前者小數點后只有有限個9,后者是無限個9;也可以根據小數比大小規則,比較小數點后第N+1位0<9同樣得出該結論)從而有:"不等式丨A-1丨<丨a(N)–1丨對于一切確定的正整數N都成立"二、下面將證明:"任取ε>0(ε是一個變量,是用來衡量無窮小的指標,可以取任何正數),均有丨A-1丨<ε",分5小步證明:①對任意確定的正數ε,必存在正數S,使得εS>1.(可以知道S是一個由ε決定的正數,取定一個ε,就可以找到至少一個與之對應的S,這是實數的阿基米德性得出的)②我們知道y=10^x這個函數的值域為(0,+∞),顯然①中的S在該值域中,不妨設10^p=S,于是取正整數N=[p]+1,([]是取整函數,表示取p的整數部分),又由y=10^x的單調性得出10^N≥10^p=S.③由①②并結合不等式的運算性質,有ε>1/S=1/(10^p)>1/(10^N)④按照之前數列a(n)的定義,a(N)=(小數點后有N個9),于是丨a(N)–1丨=...01(小數點后有(N-1)個0然后是一個1)=1/(10^N)⑤我們已經在第一步證明了“不等式丨A-1丨<丨a(N)–1丨對于一切確定的正整數N都成立”,那么由③④得出連不等式丨A-1丨<丨a(N)–1丨=1/(10^N)<ε三、丨A-1丨是兩個確定的數的差的絕對值,一定是一個定值。又因為絕對值有非負性,即丨A-1丨≥0假設丨A-1丨>0,可以設丨A-1丨=δ>0于是可以取ε=δ/2>0(之前有說明ε可以取任意正數,所以當然可以取δ/2),那么有丨A-1丨=δ>δ/2=ε,這與之前證明的丨A-1丨<ε矛盾,于是假設不成立,只能是丨A-1丨=0,解得A=1.