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尝试一下建立一个0.999...<1的体系。。

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来自iPhone客户端1楼2013-12-22 16:42回复
    主体思想:抛弃小数原始含义,给小数赋予字典序。


    来自iPhone客户端2楼2013-12-22 16:43
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      从纯小数开始。也就是讨论形如0.a(1)a(2)a(3)...的小数。形式化地说,它可以看作一个数列,或者更细致地说,是正整数集N+到J={0,1,2,...,8,9}的映射。


      来自iPhone客户端3楼2013-12-22 16:46
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        现在记这些纯小数的集合为P,即有P=J^(N+)。给P赋予字典序,也就是说比较大小时先比较高位,再比较低位。这样一来,我们就有了例如0.0999...<0.1这样的结论。


        来自iPhone客户端4楼2013-12-22 16:49
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          对这样一个集合P,我们显然可以毫无阻碍地定义有限小数之间的加减乘除(只要范围不超过纯小数,比如0.5+0.6超过了纯小数就暂且不予考虑),之后同理有限小数和无限小数的加法也好办。减法则只能考虑无限小数减去有限小数。有限小数和无限小数的乘除还无定义;另外无限小数目前也无法互相运算。注意这里只是维持了最低限度的运算要求,并不是说无法定义。


          来自iPhone客户端5楼2013-12-22 16:57
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            为了更方便地刻画P,我们定义一个P到R的函数r,使得r(a)=∑a(n)/10^n,也就是说r把小数a映射成常规的实数。


            来自iPhone客户端6楼2013-12-22 17:01
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              首先,我们知道一个实数一定能在级数意义下表示为小数(虽然不一定唯一l),所以r是满射;但r不是单射。比如r(0.1)=r(0.0999...)=1/10(避免混淆我们用分数表示通常意义的实数)。通过简单地数学归纳(大家可以自己试着证明),如果a不等于b且r(a)=r(b),那么(不妨设a>b),那么a必然是有限小数,比如a=a(1)a(2)...a(n);同时,b=a(1)a(2)...(a(n)-1)999...。也就是说,a和b一个末位全是0,一个末位全是9。所以我们可以得知,每个[0,1]中的实数x至多有两个原象,而且当且仅当x能表示为有限小数时能有两个原象。


              来自iPhone客户端7楼2013-12-22 17:20
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                基于这个理由我们可以把P分拆成三份,末尾全为0的小数集P0,末尾全为9的小数集P9,以及剩余的小数集P*。那么,r在P0并P*或者P9并P*上都是一一映射。


                来自iPhone客户端8楼2013-12-22 17:26
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                  既然我们有了一个映射,那么最好P要有拓扑结构。然而,P没有度量可用,我们只能够给P赋予序拓扑,也就是一切P中的开区间生成的拓扑。在这个拓扑的意义下,r是P到R的开映射,从而是商映射,在这种意义下可以把R看作是把r(a)=r(b)的a和b黏结成一点作成的空间。


                  来自iPhone客户端9楼2013-12-22 17:37
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                    不同于R,对于P中每个开区间(a,b),有几种另类的情况:
                    第一,r(a)=r(b),这时(a,b)是空集。
                    第二,a属于P9,这样一来a有一个紧接后元a',这样(a,b)=[a',b)。也就是说这个开区间左边是”闭”的。
                    第三,b属于P0,同上b有紧接前元b',从而(a,b)=(a,b']。
                    不过其它性质还是比较类似R的。由于r是连续的(易证),所以如果区间(a,b)非空,那么必然有不可数无限个数;同时也容易发现(a,b)中必然含着P0和P9中的点,P*的点则更不必说。换句话说,P0,P9,P*都在P中稠密。


                    来自iPhone客户端10楼2013-12-22 17:46
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                      至此我们能够得到P的第一个拓扑性质:处处不连通。为什么呢?假设(a,b)为P中任意一个不空的开区间,那么由稠密性,区间里有一个P9中的点x,且紧接后元x'也在其中。这样一来就能发现,(a,b)=(a,x]并[x',b),这两个都是开区间((a,x]=(a,x'),[x',b)=(x,b)),所以(a,b)能分割成两个分离的开区间,所以(a,b)不连通。也就是说,每个不空的开区间都不连通,亦即处处不连通。


                      来自iPhone客户端11楼2013-12-22 17:53
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                        至于紧致性则没有那么明显了。首先可见,P*和r(P*)同胚,所以r(P*)中的紧致集可以直接推到P*,例如Cantor集这类的。但是其他的就不好说了。在实数集R(正常拓扑)下,每个有界闭区间都是紧致的;但是对P来说则恰恰相反:P中一个非空的闭区间[a,b](b≠a')都是不紧致的!
                        事实上,如果P的一个子集E具有非空的内部,那么它就是不紧致的。
                        证明如下:
                        假设E的内部非空。那么E含有一个开区间(a,b)。
                        因为P9在(a,b)中稠密,所以(a,b)中可以找到一个严格递增的P9序列{x[n]},且它在通常拓扑下收敛到某个x∈(a,b)∩P9,如此一来,我们构造一族开区间E[n]:
                        E[1]=(0,x[1]‘)
                        E[n]=(x[n-1],x[n]’)(对n>1)
                        容易看到,E[n]互不相交,而且E[1]∪E[2]∪…∪E[n]=(0,x[n]')。
                        于是所有E[n](n≥1)的并=(0,x')。从而,如果令E[0]=(x,1),那么所有的E[n]仍然互不相交,而且所有E[n](n≥0)的并就是(0,1)=P,P当然覆盖了E,所以{E[n]}构成E的一个开覆盖,因为E[n]互不相交,所以也就不存在有限的子覆盖。从而E不紧致。
                        P中的紧致集具有什么具体的形状还暂不清楚。如果有兴趣可以试着研究一下。


                        12楼2013-12-28 21:16
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