隨手畫一條直的線,它的長度最有可能是有理數還是無理數?

槓否


這個問題本身就是一個很有爭議的話題,但是如果站在數學的角度上考慮,這個問題卻是有確切的答案的。隨手畫的直線長度是無理數的可能性更大些。

首先我們可以假設這裡的隨意畫出的線段長度是隨機性的,你可以畫出長度為10的線段,也可以畫出長度為π的,完全不收任何因素影響。那麼這個問題就轉變成在所有的實數中(因為線段的長度總是一個實數,不可能是虛數。)是有理數多還是無理數多?

有人會問,這個無理數和有理數之間還可以比數量多少?這個真的可以!

1874年,德國數學家康托爾發表論文證明了一個驚人的結論,他利用創立的對角線法則證明了,所有的整數和有理數是一一對應的,而實數不能與整數一一對應。何為一一對應?

比如,小明和小白手裡都藏著很多張牌,他們卻並不會數數,那有什麼方式來驗證他們手中誰的牌更多呢?由於他們的數學水平實在太差,他們想了好久終於想到了一個很好的方法。那就是每次每人抽一張,放在一起,然後再抽一張,直到誰手中沒有牌了,那麼手中還有牌的人牌就是最多的。這是當然是顯而易見的笨辦法。

上面每次都會從小明小白手中各取一張,我們就可以理解成一一對應。假如他們兩個手中的牌剛剛可以完全對應結束,那麼他們手中的牌數量就是一樣多的。這是一個顯而易見的結論,通常情況下,在有限張牌的情況下,這是一個很容易接受的概念。但是如果小明小白手中的牌是無限個,恐怕就不一定有人敢下這樣的結論了。

康托爾證明了,有理數可以與所有整數一一對應,同時,偶數也可以和所有整數相對應,奇數也可以和所有整數相對應。等等,偶數能和整數相對應,那不就是說偶數的個數和有理數是一樣多的?是的,很反常,但是這是經過理論嚴格證明的。

同時康托爾也證明了另外一個重要結論:有理數都是可數的,而實數不可數。所以,實數無法與有理數一一對應,因為實數的數量要遠遠多於有理數。也就是說,你在隨意畫一條線,如果真的有某種方法可以精確測量這條線的長度,那麼這裡的長度幾乎全部是無理數。

順便說一句,康托爾當年提出的集合論遭到了很大爭議,康托爾本人甚至一度因為遭受的非議太多,而精神都出現過問題。好在數學界最後撥亂反正,集合論成為了現代數學的基礎理論。

希爾伯特用堅定的語言向他的同代人宣佈:“沒有任何人能將我們從康托爾所創造的伊甸園中驅趕出來”。


徐曉亞然


首先,隨手畫一條線,對於他的長度,要分學科的去看...

從數學上來說,先不論長度是多長,當你的線畫好了,那麼長度就是一個固定值,不可變,至於是有理數還是無理數,這個後面另說,但可以肯定的是肯定是其中的一種。

從物理學上來講,這個長度就只能是大概確定的,所謂大概,不是指由於測量精確度的關係,有些人說由於測量精確度的關係,那是技術側的問題,跟科學側這邊還有些不一樣,長度大概是有測不準原理導致的。這個原理理解不了也沒關係,另一個角度想想,無論是用什麼畫出來的,線的最端點的那個原子的電子是在不停運動的,那樣線的長度肯定就變化了,不論多麼小都是在變,每個時間點都不一樣,所以說物理學上講長度是大概的。

下面回到數學層面,是無理數的可能性大還是有理數的可能性大,這是一個概率問題。可以把這個問題等價的這麼來看,從所有的實數集合中隨機的選取一個數,看成隨機的原因是隨手畫,而長度是一個實數。那麼,所選取的數是有理數的可能性大還是無理數的可能性大?其實這就看實數中是有理數多還是無理數多了。

但是二者都是無限的,怎麼比多少呢?事實上從數學的是可以比較的,結論是無理數要比有理數多的多。有理數的個數是跟自然數對等的,無理數的個數是跟連續統或者說實數對等的。

這裡大概說一說,基本的意思是,如果說兩個集合之間的元素能夠建立起一一對應的關係,或者說是雙射,就認為兩個集合間元素個數相等。

直觀一點的解釋,我們只看0-1之間所有的數,0-1之間所有實數排在一起,的長度就是1。把其中的有理數和無理數分別拿出來排在一起,有理數的長度是0,而無理數的長度是1。這是有些回答中說的,有理數測度是0的原因。具體的證明過程在這裡不具體的說了,有興趣的可以看看實變函數第一章基本上都會講一講。更進一步測度論會更清楚一些。

回到問題,數學上說明了無理數比有理數多的多,事實上可以簡單想成無理數的數量與有理數的數量比值是無窮大(注意!不準確!只是簡單想象。)那麼從中隨機選一個數出來當然無理數的可能性更大。也就是隨手畫一條線,長度是無理數的可能性大。

這是數學上的答案。

以上是較為科學側的答案,如果從技術側來說,任何測量或者計算機模擬都是有限位數的,無法達到無限位數,那隻能是個有理數,但這樣的話似乎問題的價值性就小了很多。


天堂鳥


首先我們來明確一下這道題的本質,就是我畫了一條線,畫完之後,這條線就認為固定不變了,然後將其其長度和某個長度標準,例如公制米來比較。

乍一看有理數無理數是無限多的,無法比較。

但是我認為,該長度一定是有理數而且是有限位的有理數,不可能是無限循環的有理數,或者無理數。。

從理論上講,畫出的線段一定是有理數無理數可能性是無限大分之一,無法比較。

但是這裡要引入一個實際操作和測量的概念,假定這條線段我們能夠絕對精確測量長度的,那這個長度不管小數點後多少位,一定是有理數,而最接近的無理數一定會比他最小一位多一點點或者少一點點,並且位數無限延伸。

所以即使我們目前科技達不到,無法精確測量線段長度,但是這條線段只要是不變的,畫完之後有定長,他就必然是有理數中的有限小數。

如果硬說線段(理論上都)無法測量,那這個題目本身就沒有意義。你怎麼衡量一個不能確定的值得大小?

這是一個邏輯問題而不是數學問題。

1.一個已確定的值,怎麼能和一個不確定的無限延生的值重合?

2.如果兩個值都不確定,都是無限延伸,那把他我最多比較他們大小,能確定在已知位數和之前是否同樣大小,無法確定他們在已知位數之後是否重合,所以把它們比較是可笑的。(無限循環的有理數,是有規律可循的,可以有重合的可能,但是不能和定長相等。)


不可撤消V5


前言

剛開始,我還是喜歡插科打諢一樣,首先,根據初中知識,或者說侷限於初中知識,線段才會有長度,題目中說直的線,也算是線段了!


第二,隨手畫一條線,是直的概率有多大?

第三,這個長度是以單位記,還是以釐米為單位記!

有理數與無理數

實數下面的兩個大類,實數大類下,兩個集合為對立關係(要麼A要麼B)。

區別

有理數能寫成a/b(其中a,b均為整數)的形式,而無理數不能。

換一個通俗的講法,有理數能夠寫成有限小數或者無限循環小數的形式,而無理數在小數的情況下,表現為無限不循環小數!

注意

無理數並不是無法寫出來,只在十進制小數的形式下,無窮無盡,沒有規律可循。比如常見的,π,根號2,根號5,三次根號3等等都是無理數!

一切有限小數和循環小數都可以化為分數!(也就是一切有理數都可以寫成分數)

測量與實際

測量是有精度的,沒有拋開精度的準確測量,可以說,任何測量只能夠接近真實值,不能夠等於真實值。而測量所用的工具,所用的方法決定了這個精度!

比如,你看到一個人照片,參照周圍的環境,你說這個人大概是180cm左右,真正去量身高,可能這個人只有178cm,但是我們精確到毫米,那就可能是178.51cm,再使用更加精密的儀器,可能是178.5123456789cm;但這絕對不是真實值!

測量的精度也就是根據用途以及被測物體來說,比如身高,我們到1cm就夠了,但是比如測手機屏幕的大小,1cm精度顯然不合理,再比如測頭髮絲直徑,如果只精確到1cm,那麼就是0cm。

假設有一個物體,我們已知它是10cm,你用鋼尺測出來是10.00cm,這不是說你準確測量了該物體的長度,而是說,在鋼尺的精度下,他的測量值是10.00cm,可能換了一種其他測量方法或者測量工具,他是10.00001cm。並不是測不準了,而是測量誤差是無法避免的!

回到問題的本質

嘮嘮叨叨一篇,前面算是自己絮絮叨叨,也是要正面剛這個問題!


長度的單位是否可以規定?

比如說,我們經常做題,AB=1,CD=2,並不是說AB是一釐米,CD是兩釐米,而是說,在該題中AB長度為一個單位,CD長度為兩個單位;回到題目,我完全可以規定該線段的有理數倍為一個單位,那麼該線段長度必然為有理數。最簡單的,我們規定該線段長度為一個單位,那麼他的長度就是1,規定該線段一半長度為1個單位,那麼線段長就是2!

畫根號2釐米線段不好畫,因為你可以說我不能準確畫出1釐米,但是利用圓的特性,畫根號2個單位長度還是可以的!

長度以m或者cm等國際制單位及其衍生單位為基礎

那麼根據前面內容,我們很難測準一個線段的長度。所以這一個,如果從測量的角度來說是沒有意義的!比如你畫出了π的長度,如果採用測量的方法去看,無論如何你都會受限於測量工具的精確度而變成一個有理數!

換句話說,一切實數都是可以畫出來的,但只有有限小數才能被“量出來”。所有的無限循環以及無限不循環小數,在測量結果上來看,必然會表現成為一個“有限小數”!

假設所有無理數都能夠被檢驗(或者說可以測出),那麼這個問題就會變成,在實數集中,是無理數多還是有理數多的問題

這裡只給結論,無理數比有理數多的多,證明涉及到一些專有名詞,這裡不獻醜了。

關於這種無窮數集的比較,不要用有限的思維去理解,比如整數和偶數的個數一樣多,這是正確的。我們想法是,整數包含偶數和奇數,所以直觀上,整數比偶數多!但是我們可以建立一個這樣的對應關係,整數為N,那麼他必然對應一個偶數2N。無論整數取多大,都會有偶數與之對應。這樣一一對應下來,說明個數是一樣的。


樹木也要樹人


不管你怎麼畫線,它的長度也不可能是無理數。

因為線的長度,最終是要通過測量來進行認定,而不管是什麼測量方法,它都是有極限的,最終會因為它的精度問題,導致你在測量達到一定的量級以後,不能進一步地判定它更為精確的準確度,從而歸結為一個近似的數值,而這個近似的數值,顯然它是有一個有理數。

當然,可能有槓精要說了,如果我畫一個直角邊的邊長為1米的直角三角形,那麼它的斜邊不應該是根號2米嗎?它不是一個無理數嗎?

其實很顯然,你不可能畫一個精準度正正好好的,直角邊的邊長為1米的直角三角形,從嚴格的數字意義上來說,不管多麼精準的儀器也畫不出這麼精準的圖形,只能說你畫了一個直角邊的邊長極度近似為1米的直角三角形。

當然,如果排除測量精度的問題,想畫個無理數長度的線段的方法,那就多了,有很多幾何方法,可以畫出理論長度為無理數的線段。


開心悠閒看歷史


單純從數學理論上分析,更可能是無理數,因為線段的長度不是有理數就是無理數,而無理數比有理數多多了,從幾率上分析當然更可能是無理數!

這裡涉及到無窮大的概念,有理數和無理數都有無窮多個,那麼這兩個無窮多哪個更大呢?答案就是無理數更大,而且大得多。這裡就不再證明了,知道結果就可以了!

不過這只是數學理論上的分析,實際上隨便畫一條線段,你永遠不可能知道線段的長度到底是多少,也就當然不會知道線段的長度是有理數還是無理數!

這就是理論與現實的差別!因為線段的長度需要測量,而測量就一定會有誤差,只是誤差大小不同罷了!比如說,你測量線段的長度是1.00釐米,上學時我們都知道1.00釐米與1釐米意義並不相同,1.00釐米的精確度更高,精確到百分位!實際長度可能是1.001釐米(舉個例子,實際上我們測量不到準確長度),但精確度達不到而已!

另外,圓周率π雖然是無理數,但卻可以在數軸上表示出來,這個並不難。但在數軸上表示出來並不等於就能畫出π釐米的線段,表示出來的意義在於π對應於數軸上的一個點,我們只是找出了那個點!

說白了,這也是π和π釐米的區別,數學和現實物理的差別,很多時候我們容易把π與π釐米看成一個概念,其實有本質區別的,π只是一個單位(與自然數一樣),一個固定數,而π釐米完全不同,它與精確度有關,說白了,你不到無法畫出π釐米長的線段,同樣你也無法畫出長度正好是1釐米的線段!


宇宙探索


真的很想答一答這個問題,因為這個問題我確實和一些老師同學討論過,不是一個簡單的問題。

先說答案,答案是“不知道”。

先聲明,我不討論那些“直線其實是彎曲的”,“普朗克長度”,“測量精度”之類的無聊的東西,只從純數學進行討論。

這個問題其實可以轉化一下,讓我們看的更清楚。

假設你畫的這條直線段左端就是原點O,右端也就是在數軸正半軸的一個點。所以這個問題就轉化成了:“我隨機在數軸正半軸點一個點,是有理數的概率有多大?”

到這裡應該比較容易理解。

所以問題其實很顯然,無非就是問從實數里隨機選有理數,概率多大。

所以答案很容易從測度論角度認為是0%,因為有理數在實數集中測度為0。但這個答案是有bug的!!!

問題就出在“隨機”這個詞上。

隨機,可不是隨便說的。你可以說,(0,1)中隨機選一個數,這是沒問題的。但你不能說,我在實數集中隨機選一個數!!!

簡單來說,根據我的教授們的解釋。隨機,不能隨隨便便就說,你必須要給定一個隨機的方法,才能去討論隨機變量的問題。

在有限範圍,你可以參考搖骰子的方法,把每一位都搖出來,可無限範圍,可不能這麼幹。

所以說,這個問題的答案,不知道。因為“隨手畫”,無法用概率來衡量。

總結一下:如果是隨手畫有限長度的直線段,那答案一定是無理數。如果不限制長度,答案是不知道。

手動分割——

如果有人有疑問,你可以思考下另外的幾個問題:

1.從整數集中隨機取偶數,概率是多少?真的是50%嗎?

2.從有理數集中隨機取整數,概率又是多少?


sAviOr本座


這是一個十分有趣的問題!我打算分三個層次來回答。

1. 先假設這是一條數學上的線,也就是長度可以是任意實數,那麼,它的長度是無理數的概率大。實數軸上有無窮可數個有理數和無窮不可數個無理數,也就是說,任意兩個有理數之間有無窮不可數個無理數。因此,無理數概率大。

2. 然而這是一條物理上的線,畫出來的。不管用什麼材料來畫,總歸是地球上的物質,由原子(或其他微觀粒子,就以原子為例)構成。也就是說,原子是構成這條線的最小單位,線的長度只能是原子大小的整數倍。

3. 接下來的問題就是,一個原子有多大。很遺憾,以目前人類的科學技術水平,還無法直接“測量”原子的大小。即使有理論值(確實有,算出來的),也需要實驗驗證。不管實驗測量用何種儀器和方法,總會有精度限制。換句話說,原子大小的測量值一定是有限小數,即有理數!第2條中已得線的長度為原子大小整數倍,也一定是有理數。

綜上,數學意義上,線長無理數概率大。現實中,線長一定是有理數!


物理老年人


答:如果從數學的角度看,我們先定義了單位長度,再隨機劃一條線段的話,這條線段的長度在概率上100%是無理數;但是物理世界不是連續的,存在最小物理長度,而且單位長度也是人為定義的。


數學角度

數軸上的數分為有理數和無理數,其中有理數是可數的,無理數是不可數的;“可數”指的是集合中的元素可以和自然數(0、1、2、3、4……)一一應對,否則該集合就是不可數的。

有理數有無窮多個,無論怎麼取兩個有理數,我們在這兩個有理數之間都可以得到新的有理數,那麼有理數如何與自然數一一對應呢?

這個問題早在19世紀,就被德國數學家康托爾解決了,他發明的對角線法則,讓有理數和自然數形成一一對應,按照下圖中的箭頭,理論上我們可以得到所有的有理數,也就是說有理數是可數的。

但是這一方法無法對無理數使用,康托爾最後證明“無理數是不可數的”,也就是在一條數軸上,從某種程度上說無理數要遠遠多於有理數,這一想法開創了超窮數理論,知道了這點,我們就可以回答題目問題了。

在數學的角度看,單位長度預先約定的情況下,我們隨機劃一條線段,那麼這條線段的長度幾乎肯定是無理數,概率上為100%,但是“概率100%”並不等於“一定發生”,前者是後者的必要不充分條件。

另外,我們得明白,單位長度是人為規定的,我們也可以先劃線段,然後把這條線段定義為“1”。


物理角度

量子力學表明,我們的物理世界不是連續的,存在最小長度(普朗克長度),甚至連時間、空間都存在最小值,所以數學中無理數的準確值,對於物理世界來說並沒有太大意義。


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艾伯史密斯


這要從哪個方面去考慮了,在現實中畫一條線,這條線是存在的,它就那麼長,一定會是有理數,精確到小數點1000位或者10000位,或者更小,它一定是個有理數,有自己確切的長度,甚至它都不會是無限循環小數。

但是在數學中,隨手畫一條線段是無理數的可能性非常大,理由是,在實數中,無理數比有理數多無數倍,有人可能會問,都是無窮多個,憑什麼無理數比有理數多無數倍啊,具體的解釋可以參考李永樂老師的往期視頻,或者去查查明白人的詳細解釋,我語文水平和數學水平有限,所以就不過多解釋為什麼無理數是有理數的無數倍了。

既然無理數是有理數的無數倍,所以畫條線長度是無理數的可能性就大多了。



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