Краткое содержание
Этот урок открывает раздел о числовых множествах. Он представляет путь раздела, который начинается с натуральных чисел и последовательными расширениями приходит к целым, рациональным, действительным и комплексным числам; восстанавливает историю этих расширений, от египетских дробей и греческого кризиса несоизмеримых величин до строгого обоснования XIX века; точно формулирует задачу, которая их породила и которая всегда есть уравнение, не имеющее решения в имеющемся множестве, и разбирает случай Бомбелли, в котором уравнение с действительными решениями требует перехода через комплексные числа. В заключение урок указывает, где эти множества применяются в остальной части курса, в других курсах сайта, в науке и технике.
Цели обучения
- Описать путь раздела и объяснить, что каждый урок вносит в цепочку построений, ведущую от натуральных чисел к комплексным.
- Сформулировать для каждого расширения уравнение, которое его мотивирует, и указать, какое свойство приобретается и какое теряется при каждом переходе.
- Поместить в исторический контекст основные этапы расширения понятия числа и определить задачу измерения, вычисления или обоснования, которая побудила к каждому из них.
- Указать, где числовые множества используются в остальной части курса, в других курсах, в научных и технических приложениях.
Входная проверка
Прежде чем проходить раздел, полезно измерить исходную точку. Эта самопроверка не оценивается: она нужна, чтобы понять, где стоит задержаться. Первые десять вопросов касаются восьми основных уроков раздела: шестой и седьмой относятся оба к степеням с рациональным показателем (второй из них к избавлению от иррациональности в знаменателе), а десятый возвращается к десятичной записи, чтобы поставить задачу в контексте и сообщить её результат в стандартном виде, с подходящим округлением. Те же навыки снова измеряются в конце, в итоговом уроке, на других данных; три последних вопроса проверяют то, что этот раздел считает известным из предыдущего, о натуральных числах: деление с остатком, наибольший общий делитель и лемму Евклида.
Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.
Вопрос 1Какое из этих уравнений имеет решение в , но не имеет его в ?
Его решение, , уже рационально: это уравнение заставляет перейти от целых чисел к рациональным, а не от рациональных к действительным.Его решение, , целое: это уравнение мотивирует переход от натуральных чисел к целым.Оно не имеет действительных решений, поскольку квадрат действительного числа никогда не бывает отрицательным; его решения, и , комплексные.Его решения и действительны; при этом не является рациональным, поскольку не есть квадрат натурального числа. Это тот же довод, который доказывает иррациональность .Повторить: Числовые множества: от натуральных чисел к комплексным
Вопрос 2Какая из этих пар натуральных чисел при построении целых чисел представляет то же целое число, что и пара ?
Она представляет противоположное число, : перестановка компонент отражает пару относительно диагонали. Условие не выполняется.Обе компоненты умножены на , как при домножении числителя и знаменателя дроби. Пары натуральных чисел отождествляются по разности, а не по частному: .Число прибавлено только к одной компоненте, а это меняет разность: представляет число , поскольку . Чтобы перейти к другому представителю, нужно прибавить одно и то же к обеим компонентам.Две пары и эквивалентны, когда ; здесь . Обе представляют целое число .Повторить: Целые числа: построение, знаки и порядок
Вопрос 3Вычислить и записать результат в виде несократимой дроби.
Правильный ответ:
Наименьшее общее кратное чисел и равно , и . Со знаменателем получается , что сокращается до того же. Тот, кто получает , вычел отдельно числители и знаменатели.Повторить: Рациональные числа: дроби и действия с ними
Вопрос 4Какая из этих дробей имеет конечную десятичную запись?
Знаменатель несократимой дроби имеет простой множитель , и поэтому запись периодическая: Недостаточно, чтобы знаменатель был кратен .Недостаточно, чтобы знаменатель оканчивался на : число имеет множитель , и запись периодическая.Недостаточно, чтобы знаменатель был чётным: число имеет множитель , и запись периодическая.Она несократима, и её знаменатель не имеет других простых множителей: запись конечна, .Повторить: Десятичная запись рациональных чисел
Вопрос 5Каково множество действительных чисел , удовлетворяющих неравенству ?
Изменён знак числа : из следует , а не .Концы не принадлежат множеству, поскольку неравенство строгое: при имеем , что не меньше .Решено только неравенство . Неравенство с модулем требует также , и, например, даёт .Условие равносильно ; при , прибавив и разделив на , получаем .Вопрос 6Вычислить .
Правильный ответ:
Эта степень есть кубический корень из , и, поскольку , имеем . Тот, кто получает , забыл, что отрицательный показатель даёт обратное число; тот, кто получает , спутал отрицательный показатель со знаком результата.Вопрос 7Что получается, если избавиться от иррациональности в знаменателе выражения ?
Квадраты сложены, : произведение суммы двух чисел на их разность есть разность их квадратов, а не сумма.Сохранён двучлен знаменателя вместо сопряжённого к нему. Если бы это был результат, то равнялось бы , но оно равно .Записано : корень из разности не есть разность корней.Числитель и знаменатель умножаются на выражение, сопряжённое знаменателю, ; знаменатель превращается в разность квадратов, , которая сокращается с числителем.Вопрос 8При каком значении система , имеет бесконечно много решений?
Правильный ответ:
Определитель системы равен , а второе уравнение имеет коэффициенты первого, умноженные на . Если , оба уравнения совпадают и решений бесконечно много; если , они несовместны и решений нет. Равенства определителя нулю недостаточно, чтобы решений было бесконечно много.Повторить: Уравнения и неравенства первой степени и линейные системы
Вопрос 9Каковы решения в уравнения ?
В формуле взято вместо : сумма решений должна быть равна , а не .Не выполнено деление на . При подстановке в уравнение не получается .Взят корень из вместо корня из . Эти числа не являются решениями: их произведение равно , а не .Дискриминант равен , его квадратный корень в есть ; решения сопряжены, как и должно быть у уравнения с действительными коэффициентами.Повторить: Комплексные числа: действия и уравнения
Вопрос 10Из плохо закрытого крана падает одна капля каждые секунды, и объём каждой капли равен миллилитра. Сколько литров воды теряется за год из дней? Записать результат в стандартном виде, округлив до двух значащих цифр.
Лишние цифры отброшены вместо округления: ближе к , чем к . Отбрасывание может почти удвоить погрешность округления.Это число считает миллилитры, а не литры: не выполнено деление на .Предположено, что падает одна капля в секунду; падает вдвое меньше, одна за две секунды.В году секунд; капель падает вдвое меньше, , и вместе они составляют миллилитров, то есть литра. При округлении до двух значащих цифр получается с относительной погрешностью меньше .Повторить: Десятичная запись рациональных чисел
Вопрос 11Из предыдущих разделовКаковы неполное частное и остаток при делении с остатком числа на ?
Равенство верно, но остаток должен удовлетворять условию . Это частное, усечённое в сторону нуля, которое совпадает с частным при делении с остатком, только когда деление выполняется нацело или делимое неотрицательно.Разделено на , и изменён только знак частного: , а не .Выполняется при , а неполное частное и остаток с этими условиями единственны.Повторить: Делимость и деление с остатком
Вопрос 12Из предыдущих разделовВычислить наибольший общий делитель чисел и .
Правильный ответ:
По алгоритму Евклида , и ; последний ненулевой остаток равен . Кроме того, и имеют общий множитель . Тот, кто получает , вычислил наименьшее общее кратное, а тот, кто получает , забыл общий множитель .Повторить: Наибольший общий делитель и наименьшее общее кратное
Вопрос 13Из предыдущих разделовЕсли простое число делит , где натуральное, что можно утверждать?
Лемма Евклида верна для любого произведения натуральных чисел; требуется, чтобы простым был делитель, а не сомножители.Наоборот: поскольку делит , квадрат делит .Довод не зависит от чётности: лемма Евклида верна для всякого простого числа.По лемме Евклида простое число, делящее произведение, делит один из сомножителей; здесь оба сомножителя равны . Это ключевой момент доказательства того, что не является рациональным.Повторить: Простые числа и основная теорема арифметики
Загрузка содержимого…