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即使我们确定直线上的空隙是断续的,也没有什么能阻挡我们把这些空隙填满,使之连续。这个
“填空”就是创造新数,并且这些新数也符合上面的原则。
\quad\quad\quad\quad四、无理数的创造
从上面最后一句话易见有理数构成的断续域R将如何被升级为完整系统,从\quad\quad 从上面最后一句话易见有理数构成的断续域R将如何被升级为完整系统,从从上面最后一句话易见有理数构成的断续域R将如何被升级为完整系统,从
而成为一连续域。第一部分已经指出,每一个有理数a都能使系统R(有理数域)产生一个分割,
使得第一类A1内的每个数字a1,小于第二类A2内的所有点a2,a或者是第一类的最大值,或者是
第二类的最小值。如果任何一个把系统R分为两类的分割,其产生的第一类A1的每个数a1,都小
于第二个类A2中的每个数a2,我们称这样的分割为“分划”,即cut,表示为(A1,A2)。那么我
们可以说,每个有理数a都能产生一个分割,或者说产生两个分割,这两种说法本质上都一样。
这个分割同时还具有这个特性:或者A1有最大值,或者A2有最小值。反之,如果一个分划具有
上述特性,那么这个分划或者是由第一类的最大值产生,或者是由第二类的最小值产生。反之,
如果一个分划具备这个特性,那么该分划是由这个最大值或最小值产生。
显然,同样存在无数个不是有理数产生的分割。下例为证。\quad\quad显然,同样存在无数个不是有理数产生的分割。下例为证。显然,同样存在无数个不是有理数产生的分割。下例为证。
设D是一个正整数,且不是一个完全平方数,那么存在正整数λ,有:\quad\quad设D是一个正整数,且不是一个完全平方数,那么存在正整数λ,有:设D是一个正整数,且不是一个完全平方数,那么存在正整数λ,有:
λ2<D<(λ+1)2\quad\quad\lambda^2<D<(\lambda+1)^2λ2<D<(λ+1)2
如果我们指定每个平方数大于D的正有理数a2属于A2类,其他全部有理数a1划入A1类,这样的划分,
显然构成了分割(A1,A2),即每个数a1都小于每个数a2,因为如果a1=0,或者是负数,那么显然a1小
于任何一个a2,因为根据定义,A2中的最后一个数是正数;如果a1是正数,那么其平方数≤\leq≤ D,
因此,a1小于任何一个平方数>D的正数a2。
\quad\quad但是,这个分割不是由有理数产生的。为证明这一点,必须先证明不存在有理数,其平方和
是D。尽管用初等数论可以轻松证明这一点,但是下面的这个间接证明也有意义。下面用反证法证明。
假设存在一个有理数,其平方为D,那么存在正数两个正数t,u,他们满足等式:
t2−Du2=0,\quad\quad t^2-Du^2=0,t2−Du2=0,