实数与完备性
有理数的稠密性
有理数沿着实数轴密密地撒布:在任意两个不同的实数之间,无论它们多么接近,你总能找到一个分数。不存在窄到容不下任何有理数的缝隙。
确切地说:若 a 小于 b,则存在有理数 q 使 a 小于 q 且 q 小于 b。证明利用阿基米德性质选取一个足够大的分母 n,使 1 除以 n 小于 b 减 a,此后 1 除以 n 的某个倍数必落在 a 与 b 之间且严格介于其间。
稠密性正是有理数能以任意精度逼近任何实数的原因,也是它们构成实数中一个可数却稠密的子集的原因。同样的论证表明无理数也是稠密的:任意两个实数之间也有无理数,例如把一个有理数平移二的平方根除以一个大整数即可。
切勿把稠密与完备混淆。有理数在实数中稠密,却不完备;稠密说的是它们能任意逼近每个实数,而完备则要求它们真的含有每一个极限,这一点它们做不到。
在 a = 0.333 与 b = 0.334 之间有有理数 3334/10000 = 0.3334;对距离为 d 的任意两个实数,选取满足 1/n < d 的 n 就能保证有这样的分数。
没有任何缝隙窄到容不下一个分数。
另见