问题

根号 2 是无理数,每位小数都是 0~9 之间的数,为什么相乘之后全是 0?

回答
您提出的问题非常有意思,它触及到了无理数和数字乘法的基本概念。让我们来详细解答一下:

首先,需要澄清一个关键点:根号 2 相乘之后,得到的不是全是 0。

根号 2 的意思是寻找一个数,这个数乘以它自己等于 2。我们用数学符号表示就是:

$sqrt{2} imes sqrt{2} = 2$

所以,根号 2 相乘的结果是 2,而不是 0。

您可能产生这个疑问的原因,很可能是将“根号 2 的每一位小数”与“根号 2 相乘”混淆了。让我们分别来解析:

1. 根号 2 是无理数

什么是无理数? 无理数是实数的一种,它不能表示为两个整数的比(即分数形式 $p/q$,其中 $p$ 和 $q$ 是整数,$q eq 0$)。
根号 2 的小数表示: 根号 2 的十进制表示是一个无限不循环小数:
$sqrt{2} approx 1.41421356237...$
这意味着小数点后的数字是无穷无尽的,而且排列没有规律,不会重复出现一个固定的模式。
为什么每位小数都是 09? 这是任何一个整数位或小数位数字的固有属性。无论一个数是有理数还是无理数,它的小数表示是由 0 到 9 这十个数字构成的。小数点后的每个位置都代表一个确定的数值(例如,百分位是 $1/100$,千分位是 $1/1000$),这个数值是由该位置的数字乘以相应的位数单位来表示的。

2. 相乘之后为什么全是 0?(这里是您可能产生的误解之处)

正如前面所说,根号 2 相乘的结果是 2。您可能误以为是这样的操作:

取 $sqrt{2}$ 的某一位小数,比如 1(小数点后第一位)。
取 $sqrt{2}$ 的另一位小数,比如 4(小数点后第二位)。
然后将这两位数字相乘:$1 imes 4 = 4$。

但请注意,这并不是“根号 2 相乘”。 这只是取了根号 2 小数表示中的某几位数字,然后将这些数字作为独立的整数相乘。

根号 2 本身是一个精确的数学值,虽然我们无法用有限的小数或分数精确地写出它,但它代表的是一个确切的数。当我们将一个数乘以它自身时,我们是将其数值进行相乘,而不是将其小数表示中的某一位数字进行相乘。

举个例子来类比:

想象一下圆周率 $pi$:

$pi approx 3.14159265...$

它也是一个无理数,小数部分是无限不循环的。

如果您问: $pi$ 的小数位相乘会怎么样?
比如,$1 imes 4 = 4$
比如,$4 imes 1 = 4$
比如,$5 imes 9 = 45$
这些都是取了小数位数字后进行的整数乘法。
但如果您问: $pi$ 相乘会怎么样?
$pi imes pi = pi^2 approx (3.14159...)^2 approx 9.8696...$
这才是将 $pi$ 这个数值与它自身相乘。

总结一下您的问题产生的原因:

1. 概念混淆: 将“无理数的无限不循环小数表示”与“将这个数值本身进行相乘”混淆了。
2. 误解乘法对象: 您可能误以为是把小数点后的数字看作独立的整数然后相乘,而不是将根号 2 这个整体的数值与它自身相乘。

所以,根号 2 相乘的结果是 2,这个结果是一个整数,不是由 0 组成的。根号 2 的小数每一位数字虽然是 09 之间的数,但它们是用来描述根号 2 这个数值大小的,它们本身并不是根号 2 这个数的全部。

希望我的解释能够清晰地回答您的问题!如果您还有任何疑问,欢迎继续提问。

网友意见

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其实你要问的是 的每位小数都是0到9之间的数,相乘之后怎么全是0.

一个无理数数 a 可表示为

为整数, ( ) 是0到9之间的整数。

两个序列直接相乘,不考虑进位的情况下, ,

实际上是必须考虑进位的,设 每个 ( ) 是0到9之间的整数, 则有

其中 表示对 取整, 表示 除以 的余数。

一般情况下,一个无理数与自身相乘,不能保证所有小数相乘后全变为0,但是如果无理数是某个正整数的平方根,则恰好得到每个 均为0 。

详细论证比较复杂,先做个简单的验证,看看是何种情况,以 为例

( ,

先看不进位的结果:

进位的结果:

因为 没有计算,因此 是不准的,

结果是

位数计算越多,结果越接近2。小数是无穷个9,如果进1,则小数全为0。

为何如此?正整数开根号所得的小数恰好是上面乘法序列的逆运算,若某位数除法有余数,需进位到下一位之后参与下一步除法,而下一步本身的位数均为0 (因为是整数开根号),因此可以理解,正整数(非完全平方数)开根号所得的小数序列,如果与自身相乘,结果必定为零。

【补充资料】:为了更好理解一个正整数(非完全平方数)开根号所得的小数序列与自身相乘,结果小数均为零,这里用手工计算开根号看看小数序列是如何得到的。

在所有手工计算开根号的算法中,牛顿求根公式的算法是效率最高的,是收敛速度为二阶的算法,即每迭代一次,正确的小数位数加倍。

求 的根,牛顿迭代公式:

初始值 越靠近正确的根,收敛越快。

求实数 C 的平方根(),令 , 则 的根为:

迭代公式为:

以 为例 () 看看小数序列是如何形成的。因为

取初值

取两位小数即可,这两位小数是正确的,所以取 , 因为每次迭代正确位数加倍,因此取小数的位数也每次加倍:

迭代四次,已得到 位准确小数。

看出 小数序列形成的规律吗? 它是由一次除法与一次加法的结果取平均数。

除法是用2除以上次计算结果。假设 准确的根为 ,则 越接近 ,显然 也越接近 , 就更加逼近 ,事实上,可以证明

(这就是二阶收敛的含义)

若 (初始误差为小于 ),则

以上述数据为例: (初始值有一位小数正确)

所以 , 即迭代四次有16位小数正确。

自然地,

这说明什么?说明迭代四次,所得 与自身相乘,结果与2的误差能保证有15位小数是准确的。

换句话说,因为2是整数(小数位数均为0),因此 的前15位小数要么全是0,要么全是 9.

由此看出,整数平方根形成的小数序列与自身相乘结果,能确保小数位数最终全是0或9.

全是9的话,在无穷远处进1,则小数全为零。

这就解释了正整数(非完全平方数)的平方根所形成的小数序列,若自身相乘,则小数位数的数值均会变成零。其实从常理上判断,则是不证自明的结论。整数开根号,然后自身相乘,结果当然是整数本身,小数当然均为零!

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根据题主的问题突发联想

一个无限不循环小数的n次方是否一定等于整数

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