π R Math Cafe

کافه ریاضی

Mathematics Note
موضوع
عددهای حقیقی
فصل
دوم
تاریخ
/      /
استاد فراهانی
Math Cafe

درس دوم: عددهای حقیقی

۱. درس‌نامه و مفاهیم اصلی

الف) یادآوری عددهای گویا ()
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.
ب) معرفی عددهای گنگ (اصم)
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).
ج) مجموعه عددهای حقیقی ()
اجتماع مجموعه عددهای گویا و گنگ، مجموعه عددهای حقیقی را می‌سازد.
ℝ = ℚ ∪ Q'
نکته: اشتراک عددهای گویا و گنگ تهی است (ℚ ∩ Q' = ∅).
زیرمجموعه‌ها: ℕ ⊆ W ⊆ ℤ ⊆ ℚ ⊆ ℝ
R Q Z W N Q'

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 < √۱۶۳ < √۱۰ < ۴. بین ۳ و ۴.

مثال ۳: حاصل ℝ - Q' چیست؟
پاسخ: اگر از حقیقی‌ها، گنگ‌ها را برداریم، اعداد گویا () 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 ۱۲۲) 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 . اشتراک با می‌شود خود .

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؟

الف) هر عدد حقیقی، گویا است
ب) هر عدد گنگ، حقیقی است
ج) ℚ ⊆ Q'
د) ℚ ∩ ℝ = ∅

پاسخ: گزینه ب. (چون شامل گنگ‌ها هم هست).

تست ۲: عدد √۵۰ بین کدام دو عدد صحیح است؟

الف) ۵ و ۶
ب) ۶ و ۷
ج) ۷ و ۸
د) ۴۹ و ۵۱

پاسخ: گزینه ج. (√۴۹ < √۵۰ < √۶۴).

تست ۳: حاصل | √۵ - √۷ | کدام است؟

الف) √۵ - √۷
ب) √۷ - √۵
ج) √۲
د) -√۲

پاسخ: گزینه ب. (چون داخل قدرمطلق منفی است، قرینه می‌شود).

تست ۴: کدام عدد گویا است؟

الف) √۱/۶
ب) √۰/۴
ج) √۰/۰۹
د) π

پاسخ: گزینه ج. (√۰/۰۹ = ۰/۳).

تست ۵: عضوی از مجموعه A = ℝ - ℚ:

الف) ۳-
ب) ۰
ج) √۹
د) √۷

پاسخ: گزینه د. (ℝ - ℚ همان اعداد گنگ است).

تست ۶: وتر مثلث قائم‌الزاویه با اضلاع ۲ و ۳ چه طولی دارد؟

الف) √۵
ب) √۱۳
ج) √۶
د) ۵

پاسخ: گزینه ب. (۲۲ + ۳۲ = ۱۳).

تست ۷: کدام مجموعه تهی است؟

الف) ℤ ∩ ℕ
ب) ℚ ∩ ℝ
ج) Q' ∩ ℚ
د) W - ℕ

پاسخ: گزینه ج. (اشتراک گویا و گنگ).

تست ۸: حاصل √۸ / √۲:

الف) طبیعی
ب) گنگ
ج) صحیح منفی
د) نامشخص

پاسخ: گزینه الف. (√۴ = ۲).

تست ۹: تعداد اعداد گنگ بین √۲ و √۳:

الف) صفر
ب) ۱
ج) ۲
د) بی‌شمار

پاسخ: گزینه د.

تست ۱۰: تعریف Q':

الف) {x | x ∈ ℝ, x ∉ ℚ}
ب)
ج) ℚ - ℤ
د)

پاسخ: گزینه الف.

۶. تست‌های تمرینی (بدون پاسخ)

۱. کدام عبارت همیشه درست است؟
الف) حاصل ضرب دو عدد گنگ، گنگ است
ب) حاصل جمع دو عدد گنگ، گنگ است
ج) حاصل ضرب عدد گویا (غیر صفر) در گنگ، گنگ است
د) مجذور یک عدد گنگ، گویا است
۲. عدد ۱-√۵ بین کدام دو عدد صحیح است؟
الف) ۱ و ۲
ب) ۱- و ۲-
ج) ۰ و ۱
د) ۱- و ۰
۳. در مجموعه اعداد حقیقی، کدام رابطه برقرار نیست؟
الف) ℕ ⊂ ℝ
ب) ℚ ⊂ ℝ
ج) Q' ⊂ ℚ
د) ℤ ⊂ ℚ
۴. ساده شده‌ی عبارت |۲ - √۵| + | √۵ - ۲ | چیست؟
الف) ۰
ب) ۴
ج) ۲√۵ - ۴
د) ۴ - ۲√۵
۵. اگر مساحت مربعی ۱۰ باشد، ضلع آن:
الف) گویا است
ب) گنگ است
ج) صحیح است
د) طبیعی است
۶. کدام عدد بزرگتر است؟
الف) √۱۰
ب) ۳
ج) π
د) √۸
۷. نمایش مجموعه {x ∈ ℝ | x > ۲} روی محور:
الف) دایره توپر روی ۲ و فلش به راست
ب) دایره توخالی روی ۲ و فلش به راست
ج) دایره توپر روی ۲ و فلش به چپ
د) فقط نقطه ۲
۸. کدام گزینه نشان دهنده یک عدد گنگ است؟
الف) اعشاری با دوره گردش
ب) کسری صحیح
ج) اعشاری نامختوم و نامتناوب
د) جذر عدد ۲۵
۹. حاصل (√۳ - ۱)(√۳ + ۱) چه نوع عددی است؟
الف) گنگ
ب) گویا
ج) غیر حقیقی
د) تعریف نشده
۱۰. نزدیک‌ترین عدد صحیح به √۴۰:
الف) ۵
ب) ۶
ج) ۷
د) ۸