Действительные числа. Приближенные вычисления и вычислительные средства.
Холодные числа, внешне сухие формулы математики полны внутренней красоты
и жара сконцентрированной в них мысли.
Александр Данилович Александров
1.Целые и рациональные числа.
Изучение математики вы начали с
натуральных чисел, т.е. с чисел
.
При сложении и умножении натуральных
чисел всегда получаются натуральные
числа. Однако разность и частное
натуральных чисел могут не быть
натуральными числами.
Дополнением натуральных чисел нулем
и отрицательными числами (т.е. числами
противоположными натуральным) множество
натуральных чисел расширяется до
множества целых чисел, т.е. чисел вида
.При
сложении, вычитании и умножении целых
чисел всегда получаются целые числа.
Однако частное двух целых чисел может
не быть целым числом.
Введение рациональных чисел, т.е. чисел
вида
,
где
,
позволило находить частное двух
рациональных чисел при условии, что
делитель не равен нулю. Каждое целое
число
также
является рациональным, так как его можно
представить в виде
.
При выполнении четырех арифметических действий (кроме деления на нуль) над рациональными числами всегда получаются рациональные числа.
Если рациональное число можно представить
в виде дроби
,
где
,
то его можно записать в виде конечной
десятичной дроби. Например, число
можно записать так
.
Существуют рациональные числа, которые
нельзя записать в виде конечной десятичной
дроби, например
.
Если, например, попытаться записать
число
в виде десятичной дроби, используя
известный алгоритм деления уголком, то
получится бесконечная десятичная дробь
.
Бесконечную десятичную дробь
называют периодической, повторяющуюся
цифру
-
ее периодом. Периодическую дробь
коротко записывают так
;
читается: «Ноль целых и три в периоде».
Вообще, периодическая дробь – это
бесконечная десятичная дробь, у которой,
начиная с некоторого десятичного знака,
повторяется одна и та же цифра или
несколько цифр – период дроби. Например,
десятичная дробь
периодическая с периодом
;
читается «23 целых, 14 сотых и 56 в периоде».
Задача 1. Записать число
в виде бесконечной десятичной дроби.
Решение. Воспользуемся алгоритмом деления уголком:
Остатки повторяются, поэтому в частном
повторяется одна и та же группа цифр:
45. Следовательно,
.
Вообще при делении целого числа
на
натуральное число
на некотором шаге остаток может стать
равным нулю или остатки начинают
повторяться так как каждый из остатков
меньше
.
Тогда начинают повторяться и цифры
частного.
В первом случае в результате деления
получается целое число или конечная
десятичная дробь, во втором случае –
бесконечная десятичная периодическая
дробь. Например:
.
Заметим, что каждое целое число или
конечную десятичную дробь можно считать
и бесконечной десятичной периодической
дробью с периодом, равным нулю. Например:
.
Итак, каждое рациональное число можно представить в виде бесконечной периодической десятичной дроби.
Справедливо и обратное утверждение: каждая бесконечная периодическая десятичная дробь является рациональным числом, так как может быть представлена в виде дроби , где .
Задача 2.Представить бесконечную
периодическую десятичную дробь
в виде обыкновенной.
Решение. Пусть
.
Так как в записи этого числа до периода
содержится только один десятичный знак,
то, умножая на 10, получаем
(1)
Период этой дроби состоит из двух цифр. Поэтому, умножая обе части последнего равенства на 100, находим
(2)
Вычитая из равенства (2) равенство (1),
получаем
.
Отсюда
.
Если же бесконечная десятичная дробь непериодическая, то она не является рациональным числом. Например, дробь 0,101001000100001… . В этом случае говорят, что данная дробь является иррациональным числом.
Иррациональным числом называется
бесконечная десятичная непериодическая
дробь. (
)
Иррациональные числа, как и рациональные, могут быть положительными и отрицательными.
Рациональные и иррациональные числа образуют множество действительных чисел.