你再看13+13+13=0.333…+0.333…+0.333…左端相加等於1,右端相加等於0.999…所以1=0.999…這個等式對嗎?你是否覺得0.999…應該比1小一點點才對呢?可是這裏劃的是等號,表示0.999…=1這就是極限問題。
要是把13=0.333…兩邊同乘以6,就得到2=1.999…看起來,1.999…好像也應該比2小一點點才對,可是這裏劃的也是等號,表示兩邊一星半點也不差。
這到底是怎麼回事呢?
在小學裏,我們還學過無限循環小數化分數:
0.7·=0.777…=790.14··=0.141414…=14990.132···=0.132132132…=1329990.215 47··=0.215474747…=0.215+4799000為什麼在循環節下麵寫上幾個9,就可以把循環小數化成為分數呢?這也是極限問題。
極限並不難懂,隻要動腦筋多想想,是完全可以領會的。
惠施的名言
古希臘有一位詭辯家叫芝諾,我國古代戰國時期,也有過一位精於辯論的有名人物叫惠施。
惠施很有學問,據說他寫的書要裝好幾大車。
惠施說:“一尺之棰,日取其半,萬世不竭。”意思是說一根一尺長的棍,每天都把它斷為兩半,取走其中一半,千秋萬代也取不完。
你看,第一天取走12尺,剩下12尺;第二天取走12尺的12,剩下14尺。這樣繼續分下去,剩下來的棍是18尺,116尺,1〖〗32尺……,雖然越分越短,可就是分不完,也取不完。
由分棍問題中,我們得到了一串有順序的數:
1,12,14,18,…我們把這一串有順序的數叫做“數列”,把其中每個數叫做數列的“項”。比如這個數列的第一項是1,第二項是12,第五項是116。
數列的種類
數列的種類很多。
數列1,12,14,18,…有無窮多項,是一個無窮數列。它的特點是越變數值越小,越變越靠近零,近到要多近有多近。
數列0.9,0.99,0.999,…也是一個無窮數列。它的特點是數值越變越大,越變越靠近1,近到要多近有多近。
數列1.9,2.01,1.999,2.0001,…也是一個無窮數列。它的特點是數值一會兒大,一會兒小,總的變化趨勢是越變越靠近2,近到要多近有多近。
數列1,1,1,1,…是個無窮數列,各項都等於1,是一個常數列。
數列4,7,-1,53,-29,-0.
05是一個有窮數列,一共有六項。它的變化雜亂無章,看不出什麼規律來。
我們應該把注意力集中在前麵三種無窮數列上。它們的共同特點是越變越靠近某個固定的數。認真研究一下它們的變化規律,我們會發現用“靠近”這個詞,來形容它們與某一個固定數的關係還不夠確切。比如數列0.9,0.99,0.999,…與1的關係,已經靠近到了這樣一種程度,這個數列充分靠後的項,與1近到了“你要多近有多近”,“你說多近,可以近到比你說的還近”。
雜技鑽圈
你看過雜技鑽圈嗎?舞台上立著幾個直徑很小的圈,演員們個個輕巧靈活,像貓一樣在幾個圈之間鑽來鑽去。
下麵,我們來看一個數學雜技鑽圈,“演員”是無窮數列0.9,0.99,0.999,…在數軸上以1為圓心,畫幾個同心圓,這就是一個套一個的小圈。
從圖可以看到,數列的第一項0.9,還在所有圈的外麵;第二項0.99,就鑽進到第三個圈裏麵去了;第三項0.999,鑽到第四個圈裏麵去了……數列的這個“演員”,比雜技演員的技術還要高超。雜技演員鑽的圈不能無限製的小,比如直徑比頭還小的圈,就說什麼也鑽不進去了。但是,數列的這個“演員”可不論那一套,不管圈的直徑有多小,它都能照樣鑽得進去。
半徑為0.000000001的小圈,可夠小的了,數列從第十項0.9999999999起,都能鑽進到小圈裏去。因為1-0.9999999999=0.0000000001<0.000000001,所以,0.9999999999應該在小圈裏。你隨便往小說好了,隻要你能說出具體的數來,數列從某一項起就準能鑽得進去。
但是,數列“演員”也有不如雜技演員的地方。雜技演員在表演鑽圈時,既可以探身鑽進去,也可以縮身退出來。數列“演員”0.9,0.99,0.999,…就不行了,它從某一項起,隻要鑽進以1為中心的小圈裏,就再也不能退出來了。
對雜技演員來說,不管你把圈放在什麼地方,放在北京還是上海,放在中國還是外國,他們都可以同樣表演。數列“演員”0.9,0.99,0.999,…就不成了,它隻會鑽以1為中心的各種小圈。要是你把圈挪動一下,比如把中心挪到2,那它隻能看著放在近旁的小圈,望圈歎息,鑽不進去。因為數列0.9,0.99,0.999,…隻能越來越靠近1,不能超過1,所以就鑽不進以2為中心、半徑小於1的圈了。
根據同樣的道理,數列1,12,14,18,…可以鑽進以0為中心的同心小圓裏;數列1.9,2.01,1.999,2.0001,…可以鑽進以2為中心的同心小圓裏。
這三位數列“演員”,雖然鑽圈的本領一樣高強,但是它們的鑽法各異,自成一派。