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单凭逻辑的力量,就证明了一个非常令人吃惊的结果,所以我十分喜欢这个证明过程(画了个笑脸)。本书第12章将告诉我们,无理数非常多。事实上,从严格意义上讲,绝大多数的实数都是无理数,尽管我们在日常生活中接触的大多是有理数。
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上面这条定理有一个有趣的“推论”(corollary),推论是指由某条定理推导得出的定理。这个推论的推导过程利用了“指数定律”(law of exponentiation),即对于任意整数a、b、c:
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(ab)c=abc
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例如,(53)2= 56,这是有道理的,因为:
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(53)2= (5 × 5 × 5) × (5 × 5 × 5) = 56
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推论:存在无理数a和b,使得ab是有理数。
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尽管现在我们只知道一个无理数,即,但足以证明这条定理,这真是太棒了!下面的证明过程可以告诉你符合条件的a和b是存在的,但不能告诉你它们的值分别是多少。我们把这种证明称为“存在性证明”(existence proof)。
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证明:我们知道是无理数,我们来看这个数字,它是不是有理数呢?如果是,那么令a=,b=,命题就得到了证明。如果答案是否定的,就说明我们知道的无理数又多了一个,即。令a=,b=,根据指数定律,就可以得到:
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答案是一个有理数。因此,无论是有理数还是无理数,我们都可以找到a、b,使得ab是有理数。
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存在性证明这种证明方法通常很巧妙,但它有时也存在不尽如人意的地方,无法告诉你想要了解的所有信息。(如果你感到好奇,我可以告诉你是无理数,但这不属于本章讨论的范围。)
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更能让人心满意足的证明方法是“构造性证明”(constructive proof),因为它告诉你的信息正好是你想要了解的信息。例如,我们可以证明所有的有理数a/b都是有尽或者循环小数(这是因为,随着除法运算的进行,b除过的数字必然会再次出现,并被b除)。但是,它的反命题是否正确?有尽小数必然是有理数,例如,0.123 58 =12 358 / 100 000。循环小数呢?例如,0.123 123 123…一定是有理数吗?答案是肯定的。下面这种巧妙的方法可以告诉我们有理数到底是什么。我们把这个神秘数字设为w,于是:
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w= 0.123 123 123…
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两边同时乘以1 000,上式就会变成:
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1 000w= 123.123 123 123…
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用第二个等式减去第一个等式,就会得到:
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999w= 123
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