درس دوم: عددهای حقیقی
۱. درسنامه و مفاهیم اصلی
هر عددی را که بتوان به صورت کسر ab نوشت (که a, b ∈ ℤ و b ≠ ۰)، عدد گویا نامیده میشود. اعداد اعشاری مختوم (مثل ۰/۵) و متناوب (مثل ۰/۳̅) همگی گویا هستند.
اعدادی که نمیتوان آنها را به صورت کسر ab نوشت. مجموعه آنها را با حرف Q' (یا Qc) نمایش میدهند.
ویژگی اصلی: نمایش اعشاری این اعداد، نه مختوم است و نه متناوب. ارقام اعشاری آنها بهصورت نامنظم تا بینهایت ادامه دارد.
معروفترین عددهای گنگ:
۱. عدد پی (π ≈ ۳/۱۴۱۵۹...)
۲. رادیکالهایی که جذر کامل ندارند: √۲، √۳، √۵.
نکته: √۴ گنگ نیست چون برابر ۲ است (گویا).
اجتماع مجموعه عددهای گویا و گنگ، مجموعه عددهای حقیقی را میسازد.
زیرمجموعهها: ℕ ⊆ W ⊆ ℤ ⊆ ℚ ⊆ ℝ
۲. مثالهای آموزشی (از ساده به دشوار)
مثال ۱: مشخص کنید کدامیک گنگ هستند؟ √۹ ، π ، -۲/۵ ، √۸ ، ۰
پاسخ: π و √۸ گنگ هستند. (چون √۹=۳ گویاست و ۸ مربع کامل نیست).
مثال ۲: عدد √۱۰ بین کدام دو عدد صحیح متوالی قرار دارد؟
پاسخ: √۹ < √۱۰ < √۱۶ ⇒ ۳ < √۱۰ < ۴. بین ۳ و ۴.
مثال ۳: حاصل ℝ - Q' چیست؟
پاسخ: اگر از حقیقیها، گنگها را برداریم، اعداد گویا (ℚ) میمانند.
مثال ۴: آیا ۰/۳۰۳۰۰۳۰۰۰۳... گویا است؟
پاسخ: خیر، الگوی تکراری منظم (دوره گردش) ندارد، پس گنگ است.
مثال ۵: نمایش ۱ + √۵ روی محور.
پاسخ: از نقطه ۱ روی محور، مثلث قائمالزاویه با اضلاع ۱ و ۲ (چون ۱۲+۲۲=۵) رسم کرده و کمانی به شعاع وتر میزنیم.
مثال ۶: بین √۲ و √۳ دو عدد گنگ بنویسید.
پاسخ: √۲/۱ و √۲/۵ (اعدادی که جذر کامل ندارند و زیر رادیکال بین ۲ و ۳ هستند).
مثال ۷: اعضای A = {x ∈ ℝ | x۲ = ۷} را بنویسید.
پاسخ: A = { √۷, -√۷ }.
مثال ۸: حاصل |√۵ - ۳| را ساده کنید.
پاسخ: چون √۵ ≈ ۲/۲ است، داخل قدرمطلق منفی میشود. پس قرینه خارج میشود: ۳ - √۵.
مثال ۹: آیا مجموع دو عدد گنگ، همواره گنگ است؟
پاسخ: خیر. مثال نقض: √۲ + (-√۲) = ۰ (صفر گویاست).
مثال ۱۰: مجموعه A = {x ∈ ℝ | ۰ ≤ x ≤ ۱} چند عضو دارد؟
پاسخ: بیشمار عدد حقیقی (هم گویا و هم گنگ).
۳. نمونه سؤالات تشریحی حلشده
سؤال ۱:
عبارتها را با ∈ یا ∉ کامل کنید.
الف) √۱۲ ... ℚ ب) π ... ℝ ج) ۰ ... Q'
حل: الف) ∉ (گنگ است). ب) ∈ (حقیقی است). ج) ∉ (صفر گویاست).
سؤال ۲:
مجموعه A = {x ∈ ℝ | -۱ < x ≤ ۲} را روی محور نمایش دهید.
حل: دایره توخالی روی ۱-، دایره توپر روی ۲، و خط بین آنها پررنگ میشود.
سؤال ۳:
حاصل (ℤ ∪ ℚ) ∩ ℕ را بیابید.
حل: پرانتز میشود ℚ. اشتراک ℚ با ℕ میشود خود ℕ.
سؤال ۴:
مقدار تقریبی √۱۸ با یک رقم اعشار.
حل: بین ۴ و ۵ است، نزدیک به ۴. حدس: ۴/۲. (۴/۲۲ = ۱۷/۶۴). پاسخ: ۴/۲.
سؤال ۵:
اگر شعاع دایره ۲ باشد، محیط آن گویاست یا گنگ؟
حل: P = ۲πr = ۴π. چون π گنگ است، حاصل گنگ است.
سؤال ۶:
جای خالی: «بین هر دو عدد گویا، بیشمار عدد ............... وجود دارد.»
حل: هم گویا و هم گنگ.
سؤال ۷:
نمایش -√۲ روی محور.
حل: مثلث قائمالزاویه با اضلاع ۱ و ۱ روی صفر. کمان به سمت چپ (منفی).
سؤال ۸:
ساده کنید: |۱ - √۲| + |√۲ - √۳|
حل: اولی منفی (-۱+√۲)، دومی منفی (-√۲+√۳). جمع: -۱ + √۳.
سؤال ۹:
اشتراک اعداد گویا و گنگ چیست؟
حل: ∅ (تهی).
سؤال ۱۰:
بین ۳ و ۴، چهار عدد گنگ بنویسید.
حل: √۱۰, √۱۱, √۱۳, √۱۵.
۴. تمرینهای کلاسی (بدون پاسخ)
- ۱. کدامیک گنگ است؟ A=√۰/۰۴, B=√۲۰, C=۳/۱۴, D=√۵/√۵
- ۲. عدد ۲ + √۳ را روی محور نمایش دهید.
- ۳. حاصل |π - ۳| + |۳ - π| را بیابید.
- ۴. کدام درست است؟ (الف: ℤ ⊆ Q'، ب: ℝ ⊆ ℚ، ج: ℚ ∩ Q' = ℝ، د: ℕ ⊆ ℝ)
- ۵. بین ۵ و ۶، سه عدد گنگ مثال بزنید.
- ۶. مجموعه M = {x ∈ ℝ | x۲ = ۵} را با اعضا بنویسید.
- ۷. آیا √۲ × √۸ گویا است؟
- ۸. تساوی ℚ ∪ Q' = ... را کامل کنید.
- ۹. فاصله بین ۲ و ۳ روی محور شامل چند نقطه است؟
- ۱۰. اگر x گنگ باشد، آیا x۲ همواره گویاست؟
۵. تستهای چهارگزینهای حلشده
تست ۱: کدام گزینه صحیح است؟
پاسخ: گزینه ب. (چون ℝ شامل گنگها هم هست).
تست ۲: عدد √۵۰ بین کدام دو عدد صحیح است؟
پاسخ: گزینه ج. (√۴۹ < √۵۰ < √۶۴).
تست ۳: حاصل | √۵ - √۷ | کدام است؟
پاسخ: گزینه ب. (چون داخل قدرمطلق منفی است، قرینه میشود).
تست ۴: کدام عدد گویا است؟
پاسخ: گزینه ج. (√۰/۰۹ = ۰/۳).
تست ۵: عضوی از مجموعه A = ℝ - ℚ:
پاسخ: گزینه د. (ℝ - ℚ همان اعداد گنگ است).
تست ۶: وتر مثلث قائمالزاویه با اضلاع ۲ و ۳ چه طولی دارد؟
پاسخ: گزینه ب. (۲۲ + ۳۲ = ۱۳).
تست ۷: کدام مجموعه تهی است؟
پاسخ: گزینه ج. (اشتراک گویا و گنگ).
تست ۸: حاصل √۸ / √۲:
پاسخ: گزینه الف. (√۴ = ۲).
تست ۹: تعداد اعداد گنگ بین √۲ و √۳:
پاسخ: گزینه د.
تست ۱۰: تعریف Q':
پاسخ: گزینه الف.