Видеоурок «Геометрический смысл модуля действительного числа» - наглядное пособие для урока математики по соответствующей теме. В видеоуроке детально и наглядно рассматривается геометрический смысл модуля, после чего на примерах раскрывается, как находится модуль действительного числа, причем решение сопровождается рисунком. Материал может быть использован на этапе объяснения новой темы в качестве отдельной части урока или обеспечения наглядностью объяснения учителя. Оба варианта способствуют повышению эффективности урока математики, помогают учителю достичь целей урока.

В данном видеоуроке присутствуют построения, которые наглядно демонстрируют геометрический смысл модуля. Чтобы демонстрация была более наглядной, эти построения выполняются с применением анимационных эффектов. Чтобы учебный материал легче запоминался, важные тезисы выделены цветом. Подробно рассматривается решение примеров, которое за счет анимационных эффектов подается структурировано, последовательно, понятно. При составлении видео были использованы инструменты, которые помогают сделать видеоурок эффективным современным инструментом обучения.

Виде начинается с представления темы урока. На экране выполняется построение - изображен луч, на котором отмечены точки aи b, расстояние между которыми отмечено как ρ(a;b). Напоминается, что расстояние измеряется на координатном луче вычитанием из большего числа меньшего, то есть для данного построения расстояние равно b-aдля b>aи равно a-b при a>b. Ниже демонстрируется построение, на котором отмеченная точка а лежит правее b, то есть соответствующее ей числовое значение больше b. Ниже отмечен еще один случай, когда положение точек aи b совпадает. В этом случае расстояние между точками равно нулю ρ(a;b)=0. Все вместе эти случаи описываются одной формулой ρ(a;b)=|a-b|.

Далее рассматривается решение задач, в которых применяются знания о геометрическом смысле модуля. В первом примере необходимо решить уравнение |х-2|=3. Отмечается, что это аналитическая форма записи данного уравнения, которую для поиска решения переводим на геометрический язык. Геометрически данная задача означает, что необходимо найти точки х, для которых будет верно равенство ρ(х;2)=3. На координатной прямой это будет означать равноудаленность точек х от точки х=2 на расстоянии 3. Чтобы продемонстрировать решение на координатной прямой, изображается луч, на котором отмечена точка 2. На расстоянии 3 от точки х=2 отмечаются точки -1 и 5. Очевидно, что данные отмеченные точки и будут решением уравнения.

Для решения уравнения |x+3,2|=2 предлагается привести его сначала к виду |a-b|, чтобы решить задание на координатной прямой. После преобразования уравнение получает вид |х-(-3,2)|=2. Это означает, что расстояние между точкой -3,2 и искомыми точками будет равно 2, то есть ρ(х;-3,2)=2. На координатной прямой отмечается точка -3,2. От нее на расстоянии 2 располагаются точки -1,2 и -5,2. Эти точки отмечаются на координатной прямой и указаны как решение уравнения.

Решение еще одного уравнения |x|=2,7 рассматривает случай, когда искомые точки располагаются на расстоянии 2,7 от точки 0. Уравнение переписывается в виде |x-0|=2,7. При этом указано, что расстояние до искомых точек определяется как ρ(х;0)=2,7. На координатной прямой отмечается начало отсчета точка 0. На расстоянии 2,7 от точки 0 размещаются точки -2,7 и 2,7. Эти точки отмечаются на построенной прямой, они и являются решениями уравнения.

Для решения следующего уравнения |x-√2|=0 не требуется геометрическая интерпретация, так как если модуль выражения равен нулю, это означает, что это выражение равно нулю, то есть x-√2=0. Из уравнения следует, что х=√2.

В следующем примере рассматривается решение уравнений, которые перед решением требуют преобразования. В первом уравнении |2x-6|=8 перед х есть числовой коэффициент 2. Чтобы избавиться от коэффициента и перевести уравнение на геометрический язык ρ(х;а)=b, выносим общий множитель за скобки, получая |2(x-3)|=2|x-3|. После этого правая и левая части уравнения сокращаются на 2. Получаем уравнение вида |x-3|=4. Данное уравнение аналитического вида переводится на геометрический язык ρ(х;3)=4. На координатной прямой отмечаем точку 3. От этой точки откладываем точки, расположенные на расстоянии 4. Решением уравнения будут точки -1 и 7, которые отмечаются на координатной прямой. Второе рассмотренное уравнение |5-3x|=6 также содержит числовой коэффициент перед переменной х. Чтобы решить уравнение, коэффициент 3 выносится за скобки. Уравнение принимает вид |-3(x-5/3)|=3|x-5/3|. Правая и левая части уравнения могут быть сокращены на 3. После этого получается уравнение вида |x-5/3|=2. Переходим от аналитической формы к геометрической интерпретации ρ(х;5/3)=2. К решению строится рисунок, на котором изображается координатная прямая. На этой прямой отмечается точка 5/3. На расстоянии 2 от точки 5/3 располагаются точки -1/3 и 11/3. Эти точки и являются решениями уравнения.

Последнее рассмотренное уравнение |4x+1|=-2. Для решения данного уравнения не требуется преобразований и геометрического представления. В левой части уравнения очевидно получается неотрицательное число, а правая часть содержит число -2. Поэтому данное уравнение не имеет решений.

Видеоурок «Геометрический смысл модуля действительного числа» может применяться на традиционном уроке математики в школе. Материал может стать полезным учителю, осуществляющему дистанционное образование. Подробное понятное объяснение решения заданий, в которых используется функция модуля, поможет освоить материал ученику, который осваивает тему самостоятельно.

№1. Свойства рациональных чисел.

 Упорядоченность . Для любых рациональных чисел исуществует правило, позволяющее однозначно идентифицировать между ними одно и только одно из трёхотношений : «», «» или «». Это правило называетсяправилом упорядочения и формулируется следующим образом: два положительных числа исвязаны тем же отношением, что и два целых числаи; два неположительных числаисвязаны тем же отношением, что и два неотрицательных числаи; если же вдругнеотрицательно, а- отрицательно, то.

Суммирование дробей

 Операция сложения . правило суммирования , которое ставит им в соответствие некоторое рациональное число . При этом само числоназываетсясуммой чисел ии обозначается, а процесс отыскания такого числа называетсясуммированием . Правило суммирования имеет следующий вид: .

 Операция умножения . Для любых рациональных чисел исуществует так называемоеправило умножения , которое ставит им в соответствие некоторое рациональное число . При этом само числоназываетсяпроизведением чисел ии обозначается, а процесс отыскания такого числа также называетсяумножением . Правило умножения имеет следующий вид: .

 Транзитивность отношения порядка. Для любой тройки рациональных чисел ,иеслименьшеименьше, томеньше, а еслиравноиравно, торавно.

 Коммутативность сложения. От перемены мест рациональных слагаемых сумма не меняется.

 Ассоциативность сложения. Порядок сложения трёх рациональных чисел не влияет на результат.

 Наличие нуля . Существует рациональное число 0, которое сохраняет любое другое рациональное число при суммировании.

 Наличие противоположных чисел. Любое рациональное число имеет противоположное рациональное число, при суммировании с которым даёт 0.

 Коммутативность умножения. От перемены мест рациональных множителей произведение не меняется.

 Ассоциативность умножения. Порядок перемножения трёх рациональных чисел не влияет на результат.

 Наличие единицы . Существует рациональное число 1, которое сохраняет любое другое рациональное число при умножении.

 Наличие обратных чисел . Любое ненулевое рациональное число имеет обратное рациональное число, умножение на которое даёт 1.

 Дистрибутивность умножения относительно сложения. Операция умножения согласована с операцией сложения посредством распределительного закона:

 Связь отношения порядка с операцией сложения. К левой и правой частям рационального неравенства можно прибавлять одно и то же рациональное число.

 Связь отношения порядка с операцией умножения. Левую и правую части рационального неравенства можно умножать на одно и то же положительное рациональное число.

 Аксиома Архимеда . Каково бы ни было рациональное число , можно взять столько единиц, что их сумма превзойдёт.

№2. Модуль действительного числа.

Определение . Модулем неотрицательного действительного числа х называют само это число: | х | = х; модулем отрицательного действительного числа х называют противоположное число: I х | = - х.

Короче это записывают так:

2. Геометрический смысл модуля действительного числа

Вернемся к множеству R действительных чисел и его геометрической модели - числовой прямой. Отметим на прямой две точки а и b (два действительных числа а и b), обозначим через (a, b) расстояние между точками а и b ( - буква греческого алфавита «ро»). Это расстояние равно b - а, если b > а (рис. 101), оно равно а - b, если а > b (рис. 102), наконец, оно равно нулю, если а = b.

Все три случая охватываются одной формулой:

б) Уравнение | х + 3,2 | = 2 перепишем в виде | х - (- 3,2) | = 2 и далее (х, - 3,2) = 2. На координатной прямой есть две точки, которые удалены от точки - 3,2 на расстояние, равное 2. Это - точки - 5,2 и - 1,2 (рис. 104). Значит, уравнение имеет два корня : -5,2 и - 1,2.

№4.МНОЖЕСТВО ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ ЧИСЕЛ

Объединение множества рациональных чисел и множества иррациональных чисел называется множеством действительных (или вещественных ) чисел . Множество действительных чисел обозначается символом R . Очевидно, .

Действительные числа изображаются на числовой оси Ох точками (рис.). При этом каждому действительному числу соответствует определенная точка числовой оси и каждой точке оси соответствует определенное действительное число.

Поэтому вместо слов «действительное число» можно говорить «точка».

№5. Числовые промежутки.

Вид промежутка	Геометрические изображения	Обозначение	Запись с помощью неравенств
Интервал
Полуинтер- вал
Полуинтер- вал
Открытый луч
Открытый луч

№6. Числовая функция.

Пусть задано числовое множество Если каждому числупоставлено в соответствие единственное числоy , то говорят, что на множестве D задана числоваяфункция :

y = f (x ),

Множество D называется областью определения функции и обозначается D (f (x )). Множество, состоящее из всех элементов f (x ), где называетсяобластью значений функции и обозначается E (f (x )).

Число x часто называют аргументом функции или независимой переменной, а число y – зависимой переменной или, собственно, функцией переменной x . Число соответствующее значениюназываютзначением функции в точке и обозначаютили

Для того чтобы задать функцию f , нужно указать:

1) ее область определения D (f (x ));

2) указать правило f , по которому каждому значению ставится в соответствие некоторое значениеy = f (x ).

№7. Обратная функция,

Обратная функция

Если поменять ролями аргумент и функцию, то x станет функцией от y . В этом случае говорят о новой функции, называемой обратной функцией. Предположим, мы имеем функцию:

v = u 2 ,

где u - аргумент, a v - функция. Если поменять их ролями, то мы получим u как функцию v :

Если обозначить аргумент в обеих функциях через x , а функцию – через y , то мы имеем две функции:

каждая из которых является обратной по отношению к другой.

П р и м е р ы. Эти функции являются обратными друг к другу:

1) sin x и Arcsin x , так как, если y = sin x , то x = Arcsin y ;

2) cos x и Arccos x , так как, если y = cos x , то x = Arccos y ;

3) tan x и Arctan x , так как, если y = tan x , то x = Arctan y ;

4) e x и ln x , так как, если y = e x , то x = ln y.

Обра́тные тригонометри́ческие фу́нкции - математические функции, являющиеся обратными к тригонометрическим функциям. К обратным тригонометрическим функциям обычно относят шесть функций:

аркси́нус (обозначение: arcsin)

аркко́синус (обозначение: arccos)

аркта́нгенс (обозначение: arctg; в иностранной литературе arctan)

арккота́нгенс (обозначение: arcctg; в иностранной литературе arccotan)

арксе́канс (обозначение: arcsec)

арккосе́канс (обозначение: arccosec; в иностранной литературе arccsc)

№8. Основные элементарные функции. Элементарные функции

Стоит отметить, что обратные тригонометрические функции являются многозначными (бесконечно значимыми), при действиях с ними используются так называемые главные значения.

№9. Комплексные числа

записываются в виде: a+ bi . Здесь a и b – действительные числа , а i – мнимая единица, т.e. i 2 = –1. Число a называетсяабсциссой , a b – ординатой комплексного числа a+ bi. Два комплексных числа a+ bi и a – bi называются сопряжёнными комплексными числами.

Действительные числа можно изобразить точками прямой линии, как показано на рисунке, где точка A изображает число 4, а точка B число -5. Эти же числа можно изображать также отрезками OA, OB, учитывая не только их длину, но и направление.

Каждая точка M числовой прямой изображает некоторое действительное число (рациональное, если отрезок OM соизмерим с единицей длины, и иррациональное если несоизмерим). Таким образом, на числовой прямой не остается места для комплексных чисел.

Но комплексные числа можно изображать на числовой плоскости. Для этого мы выбираем на плоскости прямоугольную систему координат, с одинаковым масштабом на обеих осях.

Комплексное число a + b·i изображается точкой M, у которой абсцисса x равна абсциссеa комплексного числа, а ордината y равна ординатеb комплексного числа.

Мы уже знаем, что множество действительных чисел $R$ образуют рациональные и иррациональные числа .

Рациональные числа всегда можно представить в виде десятичных дробей (конечных или бесконечных периодических).

Иррациональные числа записываются в виде бесконечных, но непериодических десятичных дробей.

Ко множеству действительных чисел $R$ принадлежат также элементы $-\infty $ и $+\infty $, для которых выполняются неравенства $-\infty

Рассмотрим способы представления действительных чисел.

Обычные дроби

Обычные дроби записывают с помощью двух натуральных чисел и горизонтальной дробной черты. Дробная черта фактически заменяет знак деления. Число под чертой - это знаменатель дроби (делитель), число над чертой - числитель (делимое).

Определение

Дробь называется правильной, если её числитель меньше знаменателя. И наоборот, дробь называется неправильной, если её числитель больше знаменателя или равен ему.

Для обычных дробей существуют простые, практически очевидные, правила сравнения ($m$,$n$,$p$ - натуральные числа):

1. из двух дробей с одинаковыми знаменателями больше та, у которой числитель больше, то есть $\frac{m}{p} >\frac{n}{p} $ при $m>n$;
2. из двух дробей с одинаковыми числителями больше та, у которой знаменатель меньше, то есть $\frac{p}{m} >\frac{p}{n} $ при $ m
3. правильная дробь всегда меньше единицы; неправильная дробь всегда больше единицы; дробь, у которой числитель равен знаменателю, равна единице;
4. любая неправильная дробь больше любой правильной.

Десятичные числа

Запись десятичного числа (десятичной дроби) имеет вид: целая часть, десятичная запятая, дробная часть. Десятичную запись обычной дроби можно получить, выполнив деление "углом" числителя на знаменатель. При этом может получиться либо конечная десятичная дробь, либо бесконечная периодическая десятичная дробь.

Определение

Цифры дробной части называют десятичными знаками. При этом первый разряд после запятой называют разрядом десятых, второй - разрядом сотых, третий - разрядом тысячных и т.д.

Пример 1

Определяем значение десятичного числа 3,74. Получаем: $3,74=3+\frac{7}{10} +\frac{4}{100} $.

Десятичное число можно округлить. При этом следует указать разряд, до которого выполняется округление.

Правило округления состоит в следующем:

1. все цифры правее данного разряда заменяют нулями (если эти цифры находятся до запятой) или отбрасывают (если эти цифры находятся после запятой);
2. если первая цифра, следующая за данным разрядом, меньше 5, то цифру данного разряда не меняют;
3. если первая цифра, следующая за данным разрядом, 5 и более, то цифру данного разряда увеличивают на единицу.

Пример 2

1. Округлим число 17302 до тысяч: 17000.
2. Округлим число 17378 до сотен: 17400.
3. Округлим число 17378,45 до десятков: 17380.
4. Округлим число 378,91434 до сотых: 378,91.
5. Округлим число 378,91534 до сотых: 378,92.

Преобразование десятичного числа в обычную дробь.

Случай 1

Десятичное число представляет собой конечную десятичную дробь.

Способ преобразования демонстрирует следующий пример.

Пример 2

Имеем: $3,74=3+\frac{7}{10} +\frac{4}{100} $.

Приводим к общему знаменателю и получаем:

Дробь можно сократить: $3,74=\frac{374}{100} =\frac{187}{50} $.

Случай 2

Десятичное число представляет собой бесконечную периодическую десятичную дробь.

Способ преобразования основан на том, что периодическую часть периодической десятичной дроби можно рассматривать как сумму членов бесконечной убывающей геометрической прогрессии.

Пример 4

$0,\left(74\right)=\frac{74}{100} +\frac{74}{10000} +\frac{74}{1000000} +\ldots $. Первый член прогрессии $a=0,74$, знаменатель прогрессии $q=0,01$.

Пример 5

$0,5\left(8\right)=\frac{5}{10} +\frac{8}{100} +\frac{8}{1000} +\frac{8}{10000} +\ldots $. Первый член прогрессии $a=0,08$, знаменатель прогрессии $q=0,1$.

Сумма членов бесконечной убывающей геометрической прогрессии вычисляется по формуле $s=\frac{a}{1-q} $, где $a$ - первый член, а $q$ - знаменатель прогрессии $ \left (0

Пример 6

Переведем бесконечную периодическую десятичную дробь $0,\left(72\right)$ в обычную.

Первый член прогрессии $a=0,72$, знаменатель прогрессии $q=0,01$. Получаем: $s=\frac{a}{1-q} =\frac{0,72}{1-0,01} =\frac{0,72}{0,99} =\frac{72}{99} =\frac{8}{11} $. Таким образом, $0,\left(72\right)=\frac{8}{11} $.

Пример 7

Переведем бесконечную периодическую десятичную дробь $0,5\left(3\right)$ в обычную.

Первый член прогрессии $a=0,03$, знаменатель прогрессии $q=0,1$. Получаем: $s=\frac{a}{1-q} =\frac{0,03}{1-0,1} =\frac{0,03}{0,9} =\frac{3}{90} =\frac{1}{30} $.

Таким образом, $0,5\left(3\right)=\frac{5}{10} +\frac{1}{30} =\frac{5\cdot 3}{10\cdot 3} +\frac{1}{30} =\frac{15}{30} +\frac{1}{30} =\frac{16}{30} =\frac{8}{15} $.

Действительные числа можно изображать точками числовой оси.

При этом числовой осью мы называем бесконечную прямую, на которой выбрано начало отсчета (точка $O$), положительное направление (указывается стрелкой) и масштаб (для отображения значений).

Между всеми действительными числами и всеми точками числовой оси существует взаимно однозначное соответствие: каждой точке соответствует единственное число и, наоборот, каждому числу соответствует единственная точка. Следовательно, множество действительных чисел является непрерывным и бесконечным так же, как непрерывна и бесконечна числовая ось.

Некоторые подмножества множества действительных чисел называют числовыми промежутками. Элементами числового промежутка являются числа $x\in R$, удовлетворяющие определенному неравенству. Пусть $a\in R$, $b\in R$ и $a\le b$. В этом случае разновидности промежутков могут быть такими:

1. Интервал $\left(a,\; b\right)$. При этом $ a
2. Отрезок $\left$. При этом $a\le x\le b$.
3. Полуотрезки или полуинтервалы $\left$. При этом $ a \le x
4. Бесконечные промежутки, например, $a

Важное значение имеет также разновидность промежутка, называемая окрестностью точки. Окрестность данной точки $x_{0} \in R$ -- это произвольный интервал $\left(a,\; b\right)$, содержащий эту точку внутри себя, то есть $a 0$ - його радіусом.

Абсолютная величина числа

Абсолютной величиной (или модулем) действительного числа $x$называется неотрицательное действительное число $\left|x\right|$, определяемое по формуле: $\left|x\right|=\left\{\begin{array}{c} {\; \; x\; \; {\rm при}\; \; x\ge 0} \\ {-x\; \; {\rm при}\; \; x

Геометрически $\left|x\right|$ означает расстояние между точками $x$ и 0 на числовой оси.

Свойства абсолютных величин:

1. из определения следует, что $\left|x\right|\ge 0$, $\left|x\right|=\left|-x\right|$;
2. для модуля суммы и для модуля разности двух чисел справедливы неравенства $\left|x+y\right|\le \left|x\right|+\left|y\right|$, $\left|x-y\right|\le \left|x\right|+\left|y\right|$, а также $\left|x+y\right|\ge \left|x\right|-\left|y\right|$,$\left|x-y\right|\ge \left|x\right|-\left|y\right|$;
3. для модуля произведения и модуля частного двух чисел справедливы равенства $\left|x\cdot y\right|=\left|x\right|\cdot \left|y\right|$ и $\left|\frac{x}{y} \right|=\frac{\left|x\right|}{\left|y\right|} $.

На основании определения абсолютной величины для произвольного числа $a>0$ можно также установить равносильность следующих пар неравенств:

1. если $ \left|x\right|
2. если $\left|x\right|\le a$, то $-a\le x\le a$;
3. если $\left|x\right|>a$, то или $xa$;
4. если $\left|x\right|\ge a$, то или $x\le -a$, или $x\ge a$.

Пример 8

Решить неравенство $\left|2\cdot x+1\right|

Данное неравенство равносильно неравенствам $-7

Отсюда получаем: $-8

Уравнения с модулями, методы решений. Часть 1.

Прежде чем приступать к непосредственному изучению техник решения таких уравнений, важно понять суть модуля, его геометрическое значение. Именно в понимании определения модуля и его геометрическом смысле, заложены основные методы решения таких уравнений. Так называемый, метод интервалов при раскрытии модульных скобок, настолько эффективен, что используя его возможно решить абсолютно любое уравнение или неравенство с модулями. В этой части мы подробно изучим два стандартных метода: метод интервалов и метод замены уравнения совокупностью.

Однако, как мы убедимся, эти методы, всегда эффективные, но не всегда удобные и могут приводить к долгим и даже не очень удобным вычислениям, которые естественно потребуют большего времени на их решение. Поэтому важно знать и те методы, которые решение определенных структур уравнений значительно упрощают. Возведение обеих частей уравнения в квадрат, метод введения новой переменной, графический метод, решение уравнений, содержащих модуль под знаком модуля. Эти методы мы рассмотрим в следующей части.

Определение модуля числа. Геометрический смысл модуля.

Первым делом познакомимся с геометрическим смыслом модуля:

Модулем числа а (|а|) называют расстояние на числовой прямой от начала координат (точки 0) до точки А(а) .

Исходя из этого определения рассмотрим некоторые примеры:

|7| - это расстояние от 0 до точки 7, конечно оно равно 7. → | 7 |=7

|-5|- это расстояние от 0 до точки -5 и оно равно: 5. → |-5| = 5

Все мы понимаем расстояние не может быть отрицательным! Поэтому |х| ≥ 0 всегда!

Решим уравнение: |х |=4

Это уравнение можно прочитать так: расстояние от точки 0 до точки x равно 4. Ага, получается, от 0 мы можем двигаться как влево так и вправо, значит двигаясь влево на расстояние равное 4 мы окажемся в точке: -4, а двигаясь вправо окажемся в точке: 4. Действительно, |-4 |=4 и |4 |=4.

Отсюда ответ х=±4.

При внимательном изучении предыдущего уравнения можно заметить, что: расстояние вправо по числовой прямой от 0 до точки равно самой точке, а расстояние влево от 0 до числа равно противоположному числу! Понимая, что вправо от 0 положительные числа, а влево от 0 отрицательные, сформулируем определения модуля числа: модулем (абсолютной величиной) числа х (|х|) называется само число х , если х ≥0, и число –х , если х <0.

Здесь нам надо найти множество точек на числовой прямой расстояние от 0 до которых будет меньше 3, давайте представим числовую прямую, на ней точка 0, идем влево и считаем один (-1), два (-2) и три (-3), стоп. Дальше пойдут точки, которые лежат дальше 3 или расстояние до которых от 0 больше чем 3, теперь идем вправо: один, два, три, опять стоп. Теперь выделяем все наши точки и получаем промежуток х:(-3;3).

Важно, чтобы вы это четко видели, если пока не получается, нарисуйте на бумаге и посмотрите, чтобы эта иллюстрация была вам полностью понятна, не поленитесь и попробуйте в уме увидеть решения следующих заданий:

|х |=11, х=? |х|=-5, х=?

|х | <8, х-? |х| <-6, х-?

|x |>2, х-? |x|> -3, х-?

|π-3|=? |-х²-10|=?

|√5-2|=? |2х-х²-3|=?

|х²+2|=? |х²+4|=0

|х²+3х+4|=? |-х²+9| ≤0

Обратили внимание на странные задания во втором столбце? Действительно, расстояние не может быть отрицательным поэтому: |х|=-5- не имеет решений, конечно же оно не может быть и меньше 0, поэтому: |х| <-6 тоже не имеет решений, ну и естественно, что любое расстояние будет больше отрицательного числа, значит решением |x|> -3 являются все числа.

После того как вы научитесь быстро видеть рисунки с решениями читайте дальше.

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ЧИСЛА II

§ 44 Геометрическое изображение действительных чисел

Геометрически действительные числа, так же как и рациональные числа, изображаются точками прямой.

Пусть l - произвольная прямая, а О - некоторая ее точка (рис. 58). Каждому положительному действительному числу α поставим в соответствие точку А, лежащую справа от О на расстоянии в α единиц длины.

Если, например, α = 2,1356..., то

2 < α < 3
2,1 < α < 2,2
2,13 < α < 2,14

и т. д. Очевидно, что точка А в этом случае должна находиться на прямой l правее точек, соответствующих числам

2; 2,1; 2,13; ... ,

но левее точек, соответствующих числам

3; 2,2; 2,14; ... .

Можно показать, что эти условия определяют на прямой l единственную точку А, которую мы и рассматриваем как геометрический образ действительного числа α = 2,1356... .

Аналогично, каждому отрицательному действительному числу β поставим в соответствие точку В, лежащую слева от О на расстоянии в | β | единиц длины. Наконец, числу «нуль» поставим в соответствие точку О.

Так, число 1 изобразится на прямой l точкой А, находящейся справа от О на расстоянии в одну единицу длины (рис. 59), число - √2 - точкой В, лежащей слева от О на расстоянии в √2 единиц длины, и т. д.

Покажем, как на прямой l с помощью циркуля и линейки можно отыскать точки, соответствующие действительным числам √2 , √3 , √4 , √5 и т. д. Для этого прежде всего покажем, как можно построить отрезки, длины которых выражаются этими числами. Пусть АВ есть отрезок, принятый за единицу длины (рис. 60).

В точке А восставим к этому отрезку перпендикуляр и отложим на нем отрезок АС, равный отрезку АВ. Тогда, применяя теорему Пифагора к прямоугольному треугольнику ABC, получим; ВС = √АВ 2 + АС 2 = √1+1 = √2

Следовательно, отрезок ВС имеет длину √2 . Теперь восставим перпендикуляр к отрезку ВС в точке С и выберем на нем точку D так, чтобы отрезок CD был равен единице длины АВ. Тогда из прямоугольною треугольника BCD найдем:

ВD = √ВC 2 + СD 2 = √2+1 = √3

Следовательно, отрезок BD имеет длину √3 . Продолжая описанный процесс дальше, мы могли бы получить отрезки BE, BF, ..., длины которых выражаются числами √4 , √5 и т. д.

Теперь на прямой l легко найти те точки, которые служат геометрическим изображением чисел √2 , √3 , √4 , √5 и т. д.

Откладывая, например, справа от точки О отрезок ВС (рис. 61), мы получим точку С, которая служит геометрическим изображением числа √2 . Точно так же, откладывая справа от точки О отрезок BD, мы получим точку D", которая является геометрическим образом числа √3 , и т. д.

Не следует, однако, думать, что с помощью циркуля и линейки на числовой прямой l можно найти точку, соответствующую любому заданному действительному числу. Доказано, например, что, имея в своем распоряжении только циркуль и линейку, нельзя построить отрезок, длина которого выражается числом π = 3,14 ... . Поэтому на числовой прямой l с помощью таких построений нельзя указать точку, соответствующую этому числу Тем не менее такая точка существует.

Итак, каждому действительному числу α можно поставить в соответствие некоторую вполне определенную точку прямой l . Эта точка будет отстоять от начальной точки О на расстоянии в | α | единиц длины и находиться справа от О, если α > 0, и слева от О, если α < 0. Очевидно, что при этом двум неравным действительным числам будут соответствовать две различные точки прямой l . В самом деле, пусть числу α соответствует точка А, а числу β - точка В. Тогда, если α > β , то А будет находиться правее В (рис. 62, а); если же α < β , то А будет лежать левее В (рис. 62,б).

Говоря в § 37 о геометрическом изображении рациональных чисел, мы поставили вопрос: любую ли точку прямой можно рассматривать как геометрический образ некоторого рационального числа? Тогда мы не могли дать ответ на этот вопрос; теперь же мы можем ответить на него вполне определенно. На прямой есть точки, которые служат геометрическим изображением иррациональных чисел (например, √2 ). Поэтому не всякая точка прямой изображает рациональное число. Но в таком случае напрашивается другой вопрос: любую ли точку числовой прямой можно рассматривать как геометрический образ некоторого действительного числа? Этот вопрос решается уже положительно.

В самом деле, пусть А - произвольная точка прямой l , лежащая справа от О (рис. 63).

Длина отрезка ОА выражается некоторым положительным действительным числом α (см § 41). Поэтому точка А является геометрическим образом числа α . Аналогично устанавливается, что каждая точка В, лежащая слева от О, может рассматриваться как геометрический образ отрицательного действительного числа - β , где β - длина отрезка ВО. Наконец, точка О служит геометрическим изображением числа нуль. Понятно, что две различные точки прямой l не могут быть геометрическим образом одного и того же действительного числа.

В силу изложенных выше причин прямая, на которой указана в качестве «начальной» некоторая точка О (при заданной единице длины), называется числовой прямой .

Вывод. Множество всех действительных чисел и множество всех точек числовой прямой находятся во взаимно однозначном соответствии.

Это означает, что каждому действительному числу соответствует одна, вполне определенная точка числовой прямой и, наоборот, каждой точке числовой прямой при таком соответствии отвечает одно, вполне определенное действительное число.

Упражнения

320. Выяснить, какая из двух точек находится на числовой прямой левее и какая правее, если эти точки соответствуют числам:

а) 1,454545... и 1,455454...; в) 0 и - 1,56673...;

б) - 12,0003... и - 12,0002...; г) 13,24... и 13,00....

321. Выяснить, какая из двух точек находится на числовой прямой дальше от начальной точки О, если эти точки соответствуют числам:

а) 5,2397... и 4,4996...; .. в) -0,3567... и 0,3557... .

г) - 15,0001 и - 15,1000...;

322. В этом параграфе было показано, что для построения отрезка длиной в √n с помощью циркуля и линейки можно поступить следующим образом: сначала построить отрезок длиной √2 , затем отрезок длиной √3 и т. д., пока не дойдем до отрезка длиной √n . Но при каждом фиксированном п > 3 этот процесс можно ускорить. Как бы, например, вы стали строить отрезок длиной √10 ?

323*. Как с помощью циркуля и линейки найти на числовой прямой точку, соответствующую числу 1 / α , если положение точки, соответствующей числу α , известно?