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数学女孩3:哥德尔不完备定理 作者:结城浩 近现代)

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第4章 无限接近的目的地

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“原来你是这么思考的啊。”

“式子。”米尔嘉简洁地回答道。

即使 0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,“某个数”也是出不来的。

我俩舔着冰激凌,开始闲聊。

“答得很厉害!但是不对。0.999 ... = 1 里的等号,跟 1 = 1 里的等号是一个意思。这里不再重新定义。0.999 ... 跟 1 是分毫不差、精确相等的。”

0.999 ...     等于 1

“话说,0.999 ... 表示‘某个数’吧?”

章节插图(通项)

同样,0.99 也比 1 小。

“对对。你能把通项也写出来吗?”

4.3.2 极限

……咦?

◎ ◎ ◎

尤里指着的地方是卖冰激凌的。

用 lim 这种写法的话,就是以下形式。

4.3.3 凭声音决定音乐

“无限会欺骗感觉。”米尔嘉说道,“没有几个人能模仿欧拉 5老师。处理无限的时候,如果依赖感觉就会失败。”

可是我很疑惑,这样……真的对吗?

“这个人家知道啦。”尤里回答。

我想起我们今天在音乐教室里聊的内容。盈盈很认真地看待音乐,打算从事音乐方面的工作。她在仔细考虑这件事,说“音乐属于我”。

这么告诉我的话,我就完全不会混乱了啊。”

“咦?没鸡蛋不能做饭吗?”

4.1.2 男生的“证明”

盈盈唬了我们一通,从音乐教室走了出去。

◎ ◎ ◎

“那这个 0.999 ... 所表示的‘某个数’就等于 1 啊!”

这时。

“就不能‘章节插图’地接下去啦!”

“哥哥把刚刚我起名叫章节插图的数写作‘0.999 .. .’了吧?这规矩要一开始就说明白嘛!真是的!这不就只是数的写法的问题了嘛!”

1 - 0.9 = 0.1

4.1.5 我的讲解

◎ ◎ ◎

“米尔嘉亲,继续练习!”

“没有,是数学啦。那家伙出了这么一道题。”

章节插图

“……为什么这么说?”

结完账走出超市的时候,尤里一把拉住了我的胳膊。

“钝?”

4.1 家中

“给,尤里。”

0.999 ... = 1  正确

“尤里,你把问题整理得很好,不过我还是想按照自己的方式再来总结一下。首先,我们思考这样一个‘数的序列’——数列。为了好懂,我们给这些数起名叫a1,a2,a3, ... ,an, ... 吧。”

2巴洛克时期(即 17 世纪前后)的德国作曲家,管风琴、小提琴和大键琴演奏家。—— 译者注

章节插图

“我感觉差不多明白了什么是‘无限接近’,但是一旦像 lim 这样出现式子……我就不能很直观地看懂了。”

“抱歉,哥哥。人家现在超级混乱……”

“没有鸡蛋的蛋包饭,怎么能叫蛋包饭呢!”我妈理直气壮地说。

首先,我们来把数列具体写一下。因为“示例是理解的试金石”。

“不是啦,怎么可能。”我回答。

“用式子,来定义 lim ?这,这这……怎么可能……”

“那个男生是尤里的男朋友吗?”泰朵拉问道。

“重要的是,音乐拿声音当语言,数学则拿式子当语言。”泰朵拉说道。

n→ ∞ 时章节插图

“人家认为,应该先研究 0.9,然后研究 0.99,再然后研究 0.999。”

“要举出具体例子,是吧?”泰朵拉拿起了自动铅笔。

“诶?!是不是受电视剧影响的?”

“诶?”

“你这什么问题……”

“啊……是 ……是我说的。我看。”

4.1.3 尤里的“证明”

“所以啊,你还是可以跟之前一样,来随便问我问题。这还能反过来让我学到一些东西。”

4.1.4 尤里的“疑惑”

她满脸不开心,舔了一口冰激凌。

◎ ◎ ◎

“嗯。我按着 0.9, 0.99, 0.999 往下思考发现,就刚刚的‘证明’来说,0.999 ... 会非常非常接近 1。而现在我很疑惑,因为‘不管走到哪儿,0.999 ... 都比 1 小’。它们俩在我脑子里打架。好烦啊,不明白喵。”

我买了两个香草味儿的甜筒,在吧台边上坐下。

今天是二月份的一个周六,这里是我的房间。

“你思考得很好嘛,尤里。你一个初中生能解释成这样,我觉得已经很棒了。”

就在不久前,玄关那边才传来尤里充满活力的声音“打扰了”,以及我妈的回应“来啦,外面很冷吧?”

章节插图

数列的极限

持续增大n,则an会无限接近数 A。

章节插图章节插图

章节插图章节插图章节插图

章节插图数列章节插图收敛于 A

章节插图
章节插图

“可能不一定是式子。”我说,“关于‘极限’的解释用到的是‘无限接近这个值’这种表述,而不是‘变成这个值’。要仔细看数学书上是怎么写的,这很重要。”

然后,我们把“数列无限接近‘某个数’”叫作收敛。也就是说,“收敛”跟“存在极限值”是等价关系。

0.9 比 1 小。

“那家伙说‘1 等于 1’,然后就开始证明了。”

“原来如此……”泰朵拉感叹道,“刚才听了学长你说的,我想‘当n→ ∞ 时,章节插图’能不能写成下面这样?”

0.999 ... = 1

不过,尤里一进房间就满脸阴沉,跟刚刚的声音正相反。她可很少会这样。

米尔嘉一直默默地听着我们的谈话,这时她突然开了口。

“没鸡蛋可就变成饭包饭了哟……”我妈双手合十,眼睛朝上望着我。

随后盈盈用她那纤长的手指,指向自己的胸口。

“等……等一下,学长。不能认为它‘无限接近无穷大’吗?”泰朵拉问道。

“尤里真聪明啊。我还觉得 0.999 ... 小于 1 呢。”

袋子里放着 —— 一盒鸡蛋。

解答 4-4

章节插图

“喂,怎么了?”我弯下腰,看着她的脸。

“到底懂还是不懂啊?”

尤里沉思,我默默地等待着。默默沉思的时间。这个时间对数学来说非常重要。不被任何人搭话,不被任何人打扰,集中精神思考的时间……从厨房隐隐传来了我妈做菜的声音。

我们把数列章节插图逐步接近的“目的地”

称为该数列的极限值,记作〔章节插图〕。

然后,我们称数列章节插图收敛于 0。

注意,这里只是把数列指向的目标称为该数列的极限值,

并没有说数列会到达该目的地。

这绝不,绝不(Never ! Never !)

意味着数列在“经过无限的操作后”等于 0。

——《无限的悖论》[12]

只见我妈穿着围裙,冲着敞开的冰箱慌了神。

518 世纪的瑞士数学家、自然科学家。——译者注

“我明白了,哥哥!人家明白了!让我来确认一下。”

1 - 0.999 ... = 0

“诶?这样证明就可以?”

“这个,‘纯’跟‘钝’长得很像啊。纯粹的迟钝。喏,就像‘三角函数’跟‘三角关系’只有一个词不同。知道么,‘天真’跟‘天才’只有一个字不同。还有‘质数’跟‘质优’也只有一个字不同……我去喝口水。”

章节插图

将等式两边同时乘以 3。

“没错。这个数列会无限变大。换句话说就是,它不会无限接近‘某个数’。因此,这个数列不收敛。我们把不收敛称为‘发散’。数列 10, 100, 1000, 10000, ... 是发散数列。我们把像这个数列这样无限变大并发散的情况称为发散至正无穷大。”

章节插图

“没事,盈盈你没问题的。你弹钢琴和作曲不是都很厉害么?”

章节插图

“学长你跟尤里解释的时候,是用下面这种形式来表示‘n个 9 排列成的数’的,对吧?”泰朵拉说道。

泰朵拉又看了一遍笔记本。

“嗯!”

“这个嘛……泰朵拉你呢?”

◎ ◎ ◎

“我当时没能反驳他,好不甘心啊!”

8数学分析中的一个方法,只使用(有限的)实数值来讨论极限。——编者注

“嗯,对。因为用n这样的字母来表示,解释起来会轻松一些。ann叫作下标。与其用‘0.999 ... 9 里的 9 的个数’这种麻烦的说法,倒不如用下标这种说法,直接把它叫作‘ann’更简洁,对吧?”

“为什么?”

4即自然语言,指的是一种自然地随文化演化而来的语言,如英语、汉语、日语。与自然语言对应的有世界语。世界语言属于人造语言,是一种为某些特定目的而创造的语言。——译者注

我们把求极限值叫作“求极限”。

“当然不会。”

0.999 ... 9    小于 1

继续这样下去。

“怎么了,尤里?”

“那个,打扰你们学习,不好意思……”

我来求一下这个式子的值。

问题 4-4

计算 0.999 ...。这里,我们把0.999 ... 定义如下。

章节插图

4.3.4 极限的计算

也就是说,不管走到哪儿,0.999…都还是比 1 小啊!

“我感觉就像哥哥你画的那样,无限接近 1。可是,就算无限接近,0.999 ... 也不能变成 1 呀。”

0.999 ... 表示“某个数”。

“原来是这么一回事儿啊。”

n→ ∞ 时章节插图

“不能用箭头来表示‘无限接近’的感觉吗?”

盈盈是个美少女,有着一头波浪般的卷发,跟我和米尔嘉不在同一个班,但在同一个年级,都上高二。她还是钢琴爱好者协会“最强音”的会长。这位钢琴少女,除了上课以外基本上都泡在音乐教室里。听说她甚至获得了学校的批准,能够自由进出音乐教室。

“你不会在意吧?这点小事。”

“可是,那……不明白喵。”尤里一脸的不甘心。

章节插图

“是啊。”我恍惚地随口答道。

目的地

分别计算等式的左右两边。

“这样啊……”泰朵拉应道。

“这是不行的。无穷大不是一个数,所以就不是无限接近‘某个数’了。所以我们不说‘极限值无穷大’,也不说‘收敛至正无穷大’。我们只说‘发散至正无穷大’。”

“这个嘛,稍等。尤里,这个问题呢? —— 0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,会无限接近某个数吗?”

“可是,下面这种写法对吗?”

“在这里,n表示的是这一串 9 的个数。这样一来,似乎就存在以下性质。就是这两个性质在打架吧?”

“因为我们定义的时候就定义了‘它能计算出来’啊。”我说。

问题 4-2(基本的极限)

章节插图

“是章节插图-δ语言 8!”

“然后,1 跟 0.9 很接近,但是偏差 0.1。”

“诶……那要怎么办?”

(2) 但是,不管n有多么大,an都小于 1。

“是这样,可是一扯到式子我就……”

(2) 但是,不管n有多么大,an都小于 1。

“换人。”米尔嘉的手滑过我的肩膀,回到了钢琴的旁边。

“就是如此。”

泰朵拉注视着我,接着说道:

“对啊。”

然后,思考如何用带n的式子来把上面这个式子表示出来。如果留着章节插图,处理起来会很复杂。首先,为了证实自己的理解——”

“嗯,对呀。有哪里奇怪吗?”

“你之前没注意到吗?”说着,米尔嘉在笔记本上展开了式子。

然后盈盈停顿了一下,看着自己的掌心,若有所思。她又翻过手,看着自己的手背。格外纤长的手指 —— 果然是弹钢琴的手指啊。

这样一来,我们就会知道存在极限值,且这个极限值为 0。

“是么……”米尔嘉回应道。

“(1) 和 (2) 都是对的。”

“……我明白了,是不一样。我看漏了章节插图(Sigma,西格玛)。可是,我算不太出来这个。lim、章节插图,还有……”

1 - 0.99 = 0.01

“然后嘛,人家就回答说:‘这等式怎么可能对呀’。”

去参加舞会吧,灰姑娘。

但是别忘了 :

只要半夜 12 点一过,

马车就会变回南瓜,车夫就会变回老鼠。

而你,就会变回那个蓬头垢面的灰姑娘。

——《灰姑娘》

盈盈跟米尔嘉一边说着话一边走到了我们这边。盈盈的表情有些纠结。

“他说了为什么对吗?”

an呀。”尤里点点头。

“项偏移,就是每一个项里的 10 的指数都增加 1,对吧?”

“原来你是这个意思啊。不过,‘章节插图’是对会变化的量用的。章节插图的意思是持续增大变量n章节插图指的是通项an接近数 A。”

“接下来,只要考虑‘当n→ ∞ 的时候,这个式子的右边会怎么样’就行了。”

这样,右边的 0.000 ... 就等于 0 了。

当持续增大n的时候,章节插图也会无限增大,如果用式子来表示,就是下面这样。

“嗯。”

章节插图

“音乐跟数学完全是两码事,但又有着相似之处。”我说道,“演奏者奏出了声音,我们就要好好听。数学家写出了式子,我们就要好好看。就是这样。”

要想计算这个式子,我们得把精力放在求和上。

重复以上步骤,就会出现下面这样的算式。

“0.999 ... 原来是能计算出来的呀……”

“嗯。回答正确。”我点点头,“下面重点来喽。0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,无限接近‘某个数’的时候,这‘某个数’啊,有以下书写形式。”

“我明白了,改变‘等号’的定义!数学家还真喜欢定义呀,我们定义‘在差很小的时候用等号’吧!”

“数列章节插图可以说是‘发散至正无穷大’吧?”

“不行啦,我妈在等着呢。再说了,你不冷吗?”

我妈转过身,盯着我,然后突然换了张温柔的脸。

“对对。像 0.999 ... 这样,在数的最后加上省略号的,是数列去向的目的地;像 0.999 ... 9 这样,在中间加上省略号,最后又写上一个 9 的,是数列中出现的数。天差地别呀。”

“首先,你来讲讲你的那个‘证明’。”我翻开了笔记本。

“否。无论 0.9 的后面有多少个 9,都应该会小于 1。”

“接下来计算这个结果。”

“尤里,那我现在问你个问题,你用‘是’或‘否’来回答。 —— 0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,其中会有数等于 1 吗?”

“嗯……”

“混乱?”

“嗯?什么啊?”

0.99 < 1

章节插图

“啊~真是的!我不甘心不甘心不甘心啦!”

“啊!原来如此。除了开头跟结尾,其他的都抵消掉了。”

章节插图
章节插图

“是啊。”

“人家也去!”

“哥哥,人家明白啦。我也很明白自己不明白哪里了。人家啊,才意识到 0.999 ... 表示‘某个数’。”说着她舔了一口冰激凌,冰激凌已经开始流到甜筒上了。

“哎呀,我怎么都说出来了,羞死了,羞死了!”她看似害羞地一把拢起了长发。

0.999 ... 所表示的“某个数”就等于 1。

章节插图

这样,就证明了 0.999 ... = 1。

这是啥来着?

1 等于 1。

回过神来,泰朵拉已经落在我后面老远。她一个人停了下来。

“嗯。很好,很好。”

“虽然接近,可是即使 0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,‘某个数’也是出不来的。这点也对吧?”

像下面这样写会让我们容易明白一些。

“那我们来好好讲讲极限吧。”

“啊,所以……”泰朵拉说道,“才在思考极限的时候,用 lim 这样的式子,而不用‘无限接近’这个词,对吧?”

“我呀,我打算……从事能应用英语的工作。不过,最近我们在学计算机,计算机方面的工作好像也很有意思。我要是能像盈盈那样,能说自己正在为了无限接近目标而学习,那就好了……”

“他肯定是想待在喜欢的女生身边吧。”泰朵拉露出不同于以往的笑容说道。

“这样啊……”泰朵拉说着又捏了一把自己的脸颊,“话说,数列不总是收敛的吧?”

“0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,就会无限接近 0.999 ... 所表示的‘某个数’吧?”

“这个……越来越大了呢。”泰朵拉一下子把手举得高高地说道。

我盯着泰朵拉。

章节插图

“喔……右手难唱原来是因为这个吗……”

无限循环以上步骤后,0.999 ... 跟 1 的偏差就是 0.000 ... 了。

10, 100, 1000, 10000, ...

“不要依赖语言——”

“……”她不回答,眼睛看着地面。我看不到她的表情。

1即第 2 章中泰朵拉说的 Q.E.D.,意思是证明完毕或证讫。—— 译者注

“怎么了?”

0.999 ... = 1 的证明

“哦哦,这个呀。我刚刚没解释清楚。∞ 确实不是数。在这里,我们是像下面这样来展开并定义等号的,泰朵拉。”

“这个嘛,写数列的时候,都是像 0.9, 0.99, 0.999, ... 这样,在最后加上省略号‘...’。所以我会认为在 0.9, 0.99, 0.999 的后面肯定会出现‘0.999 ...’。可是,不是这样的。0.9, 0.99, 0.999 的后面不会出现 0.999 ...。都是因为写成 0.999 ... 才会分不清!真是的!写个章节插图之类的不就好啦!比如说,像下面这样。

“好,好,知道啦。我去超市就是啦。”

我跟泰朵拉继续解释。

n→ ∞ 时章节插图

章节插图

如果换成泰朵拉,那她最后应该会说“英语属于我”吧。——这么说来,尤里说过想当律师。虽然不知道她有几分是认真的,不过这行没准还挺适合她呢。

“没错。”

0.999 ... = 1

“才……这,这个嘛,或许有。因为很帅气喵。可是,那个,哥哥你会不会在意妻子的收入比你高?”

“不去听声音?这就像想学数学却不看式子吧?”我联想道。

“lim 好难啊。”泰朵拉说。

前途

我忽然注意到了脚边的白袋子。

是我妈的喊声。

“嗯。对对,是差。原来如此,用等式来写就好了啊!我是照这个思路思考的,一开始是 0.9。”

“我觉得,作为初中生来说,他已经答得不错了啊。”我表示。

3此处指升 Do,即 Do, Re, Mi, Fa, So 的 Do。——译者注

没错。哥哥,你听我说啊。

问题 4-3(基本的极限)

章节插图

“看来你完全理解了啊,尤里。”

719 世纪德国数学家,曾受聘于柏林大学,被誉为“现代分析之父”。——译者注

“我们想计算的是……”我对泰朵拉说道,“下面这个式子。

“不过,为了更进一步讨论,我们还需要精确定义 lim 本身。”米尔嘉在我们身边踱着步说道,“当然,不能用‘无限接近’这个词。”

尤里笑容满面。

“啊~真是的,感觉好烦躁啊!明明无论 0.9 的后面有多少个 9,都不等于 1。为什么 0.999 ... 会等于 1 呢?!”

“学长……”泰朵拉抬起头,面色绯红,“谢谢你。是呢……如果我有不明白的,那我就不客气,直接问你。可是,如果烦到你的话,请你一定要说哦。”

n→ ∞ 时章节插图

她的语气异于往常。我们一时语塞。

举个例子,an无限接近“某个数”(我们把这个数叫作 A)时,我们就说,“极限值等于 A”,可以用式子写成下面这样。

“因为高考很重要。”

“话说,哥哥你将来要做什么?”

“下一道题。”

“啊,对。在思考数学的时候,我也希望自己能‘导入新的字母’,就像这个n。可是,脑子不往那边转 —— 我感觉字母多了,就会变复杂。”

“嗯,就是这样。”

“用式子,来定义 lim……”泰朵拉小声念着。

章节插图错误

泰朵拉盯着我写的数学公式。

盈盈和米尔嘉交替弹着钢琴,每弹完一曲,就对曲子进行评价。刚才,盈盈说想分别弹出“机械的巴赫 2”跟“空中的巴赫”,米尔嘉则说想弹出“正式的巴赫”跟“超群的巴赫”的区别。真复杂,不明白她们在说什么。

“休息?”我问。

“啊,对呀。能写。”

“那我来求一下这个式子的值。”我拿过自动铅笔。

“啊……那个,就是只差 0.1。”

这样一来,嗯……Quod Erat Demonstrandum 1。证明完毕。

“音乐 —— 属于我。能把我这胸口撕裂,并暴露出我正在激烈蠢动着的内心的,只有音乐。我是这么想的。我为了音乐呼吸,为了音乐进食。”

“因为是 0.999 ... 呀,刚好比 1 小不是吗?”

这道题是求章节插图的极限值,也就是求下面这个章节插图

4.3.1 字母的导入

“不过,在an收敛的时候,章节插图表示的是一个已经确定了的‘数’。这个数不可能再变化了,所以我们不用箭头。”

◎ ◎ ◎

“尤里,听好了……”我注视着她。

0.9, 0.99, 0.999 这样一直延伸下去,就会无限接近“某个数”。

“是这样。”米尔嘉微笑道。

章节插图

因为偏差是 0,所以最后 0.999 ... 等于 1 !

然后是 0.99。

“刚才是谁强调说‘不认真看式子,就是不去看数学家创造出来的世界’来着?”米尔嘉问道。

“要依赖式子。”

“证明完毕。”尤里说。

“当今时代,能。”米尔嘉竖起食指,“人类是近些年才将极限掌握到如此程度的。柯西 6将极限概念导入数学,是在进入 19 世纪后;魏尔斯特拉斯 7用式子来定义极限,则是在 19 世纪后半期。”

嗯 ……鸡蛋,鸡蛋。6 颗装的应该够了吧?

米尔嘉“砰”地敲了一下她的头。

“喂喂,你在学校跟男生吵架了?”

章节插图

一开始是 0.9。

0.999 ...

章节插图

“lim 来自于 Limit,也就是极限。”米尔嘉说。

“喔。”

米尔嘉和盈盈还要继续练习,所以我就跟泰朵拉两个人去车站了。她在我身后走着,距离我半步。不知从何处飘来了梅花的香气。

“你告诉泰朵拉基本的极限了吗?”米尔嘉问我。

“嗯,可以。”我点头。

“在这里,0.9, 0.99, 0.999 这个数列无限接近 1。然后,无限接近的地方,也就是目的地,为 0.999 ...。”

“是啊。”

“我们还在学习呢……”

解答 4-2(基本的极限)

因为当n→ ∞ 时,章节插图,所以章节插图。因此答案如下:

章节插图

“语言……?”盈盈问道。

“……”她还低着头。

“当然可以。”

0.999 ... < 1 ?

“……你这人虽然钝,人倒是不错。”

章节插图

“啊,就是 Natural Language 4。”

“好开心喵。”她用猫语笑着回应我,然后又马上恢复了认真的表情,“可是,人家不喜欢‘你一个初中生’这个前提。”

“他一脸得意地说‘这个等式是对的’。啊~好不甘心啊!”

“这样啊。那个,其实人家不太明白‘无限循环’那部分。人家还是觉得‘0.000 ... 比 0 要大一点’。这样的话,‘0.999 ... 就比 1 小一点’了。”

“嗯,这样就准备 OK 了,泰朵拉。接下来我们要用到常用的‘等式变形’。我们在等式两边同时乘以章节插图,然后把项偏移一个位置。”

1 - 0.9 = 0.1

“总之……”盈盈说,“我创作音乐,创造音乐。我不确定未来能不能以音乐为生,但是,肯定会跟音乐有关,一定会……”

“那你就跟我说说你想出来的‘证明’,还有心中的‘疑惑’吧。我们一起来思考,好吧?”

4.1.1 尤里

章节插图

“……是吧。”泰朵拉说道。

章节插图

“嗯……”她也注视着我。

“嗯。这就对了,你怎么突然明白了啊?”

“啊!没错!”泰朵拉也发话了,“不认真看式子,就是不去看数学家创造出来的世界。不好好看式子,而被自然语言拖了后腿的话,就不是在研究数学了。是这个意思吧?”

619 世纪法国数学家、物理学家、天文学家。由于在数学分析学领域有诸多贡献而被称为“法国高斯”。——译者注

1 = 1

“真会哄人。话说,你心情好了?”

“不要依赖感觉 —— ”米尔嘉看着我说。

“我这人,什么都不行啊。”泰朵拉仍旧看着地面说道,“米尔嘉能谈论很高深的数学,盈盈能创作出很棒的音乐,可是我……我什么都不会。对我而言,因为学长你,数学才变得有意思了。可是,我净问问题来浪费学长你宝贵的时间。我什么……什么都为你做不了。”

“嗯……这样呀。”

4.3 音乐教室

“人家可能会证错,别笑人家哦。”

“嗯。不过严格来说,还有地方不对劲。”

章节插图正确

“嘿嘿,谢谢哥嘎!”

“你的意思是,它们的差是 0.1 ?”我往笔记本上写了个等式。

“呀!啊!”

“昨天,人家输给了一个讨厌的男生。烦死了!讨厌讨厌讨厌!”

“米尔嘉,你是按照这个思路来出题的呀……”我说道。

“那个,学长你……将来有什么目标?”

尤里“呼 ——”地叹了口气,看向我,仿佛在问“那正确答案是什么呢?”

“怎么了?”

米尔嘉将来会干什么呢?会当数学家吗?话说回来,感觉那个才女哪行都能干……

“#C 3不行啦!”盈盈喊道。

“它俩都是对的。下面这两个说法,都是对的。”

“嗯,可以呀。有什么不对吗?”

也就是说,是下面这样。”

解答 4-3(基本的极限)

章节插图

“这,这个,好混乱啊!”

解答 4-1

下面的等式是对的。

0.999 ... = 1

“啊,这个,嗯……”泰朵拉困惑地看着我。

“没错。哥哥,你听我说啊。”

章节插图

“学长,这种写法很好懂啊。”她指着下面这个式子说道。

我把冰激凌换到左手,在特价广告单的背面画了张图。

“诶?”

“比如说,这种题。”她往我笔记本上写了个式子。

章节插图

光看分母的话,很简单吧?分母是这么一个数列。

章节插图章节插图

如果持续增大n,分数章节插图的分母也会无限增大。因为分母无限增大,所以分数章节插图自身会无限接近 0。用式子表示时,可以写成下面这样。

“自然语言?”我不解。

(1)n越大,an就越接近 1。

“没错。”我说,“换句话说,答案是这样。

“我……”她用微弱的、模糊的声音说道,“我这人,什么都不行呢。”

“忘了就算了。”

我跟尤里赶紧跑去厨房。

我震惊了。

也就是说,我们只要回答下面这个问题即可:当持续增大n时,是否存在无限接近章节插图的数?如果存在,则这个数是多少。

“是么?话说,那个男生怎么说的?”

1 - 0.999 ... = 0.000 ...

“音乐是凭声音的。”她看着自己的手说道,语气中透出少有的认真。“总之最后是‘声音’。如果能用语言表现世界,那用语言就可以了。不过,有些世界只能用声音来表现。”

尤里咔吧咔吧地连冰激凌带甜筒一起嚼。

她的发丝如黄金般闪烁了一下。

对了,我们有时也不用 lim,比如像下面这么写。

“回答正确。”我说。

“嗯……当律师吧。”

泰朵拉平常总是慌里慌张的,可是一提到尤里,不知怎么地,就会稍稍沉着一些。

章节插图

现在是盈盈正在弹钢琴。米尔嘉抱着手臂站在她身后。有一瞬间,她朝我这边看了一眼,可是马上又把视线收了回去,看盈盈弹奏了。

“没有鸡蛋了,昨天晚上给用了!”

“诶?这个……话说回来,尤里你呢?”

“你说的‘偏差’指的是?”

(1)n越大,an就越接近 1。

“嗯,没错。比如,我们思考一下这样的数列。”

“是吗?”米尔嘉歪了歪头。

这里是音乐教室。现在已经放学了,米尔嘉和盈盈正在弹钢琴。我跟泰朵拉在教室的角落里小声聊着天。

“可是,尤里你已经不会弄错了吧?”

“也就是说,0.999 ... 等于 1。”米尔嘉说道。

“感觉今天聊了好多啊。”

尤里摇晃着头,把马尾辫甩来甩去。

“不要这样嘛……”尤里绕到我前面,像祈祷似地双手合十,眼睛朝上望着我。为什么大家拜托我办事的时候都同一个动作啊……唉,算了。

关于“0.999 ... = 1 不成立”的疑惑

“做完了?”不知何时,米尔嘉站在了我们身后,手里拿着乐谱,“那我们来算 0.999 ... 吧。”

“要依赖逻辑。”我接道。

“怎么了?”我赶紧折回去。

问题 4-1

下面的等式对吗?

0.999 ... = 1

“哥哥,这个得想好久才能明白啊。就算老师讲了,我也一定会理解错。0.999 ... 指的不是数列里出现的数,指的是数列去向的目的地,可以不用到达那里。我很明白哥哥说的是什么啦。确实,0.999 ... 跟 1 是分毫不差、精确相等的。因为它是 0.9, 0.99, 0.999 接近的目的地嘛。”

“书写形式?慢着,等一下!”尤里喊道。

“你们聊什么呢?”米尔嘉反问我。

这时,盈盈回来了。

“嗯……其实说真的,人家回家以后也想到了一个‘证明’。可是,0.999 ... = 1 是错的呀。因为等号‘=’是在分毫不差、精确相等时使用的符号啊。数学的魅力不就在于这种精确性吗?所以,我有‘疑惑’,这里就应该像 0.999 ... < 1 这样用不等号,而不是等号……”

“当n→ ∞ 的时候,这个式子的……”泰朵拉嘀咕道,“章节插图这部分,极限值会变成 0 吧?因为分母章节插图会无限变大。”

“诶……这跟刚才的不一样吗?”泰朵拉问道。

“没错。这里我们从‘表示通项的等式’两边分别减去‘项偏移后的等式’。这样一来,中间的项就会相互抵消,‘唰’地一下消失。”

“……话说刚刚那道题,画成图就是这样。”

“不,不成立。0.999 ... < 1 是错误的,0.999 ... = 1 才正确。”

假设把n持续增大,an就会无限接近“某个数”。此时,我们将这里的“某个数”称为极限值,写成下面这样。

4.4 归途

章节插图章节插图

“嗯嗯,我知道谁是犯人了,哥哥。犯人就是‘0.999 ...’这个写法!这让人分不清楚嘛!”

“咦?这么说的话……这两个就完全不一样了呢。”

“要想解释清楚,就得用数学方式把‘无限循环以上步骤’的部分说明白才行。”

“打扰一下。”盈盈突然探出身子插了句嘴,“数学中之所以会用到式子,是因为式子是最好的表现手法。”

“有时候,有些人会说‘我不懂音乐’。这些人用一句‘不懂’就打发了所有无法用语言充分表达的事物,而不去直接品味音乐。就算不能用语言表现也无所谓。正是因为不能付诸言语,才凭声音来表现。想用言语形容的人不去听声音,光是一个劲儿寻找辞藻,而不去听演奏者奏出的关键的声音,不品味声音响起的时间以及声音飘荡的空间。不要寻找辞藻了!去聆听声音!……就是这么回事。”

我让尤里坐在自行车后座上,载着她一起到了超市。外面真冷。

章节插图

◎ ◎ ◎

尤里刚刚嘴角还拉成倒 V 字形,听到我这句话,表情一下子明朗了起来。

“哦哦,这就是你的‘疑惑’啊。”

泰朵拉说着拿起自动铅笔,就像试笔时一样在自己的笔记本上写了写字母表。

章节插图章节插图

我把我跟尤里的对话告诉了泰朵拉。

“对对,就是这两个性质。因为它们看起来都对,所以人家才烦恼的。到底哪个是错的呢?”

“所以嘛,哥哥,0.9, 0.99, 0.999 这个往下延伸的数列虽然不会变成 1,但是会无限接近 1。这点我倒也不是不那么不懂。”

0.9 < 1

将等式两边同时除以 3。左边写成小数形式,右边写成分数形式。

“是。如果在 0.9 的后面不断地添加 9,就会接近 1,会无限接近。”

“诶?可是,要是 (2) 是对的,0.999 ... < 1 就成立了啊。”

章节插图

“是啊。人们在讲极限的时候经常这么用。”

“完蛋了!我妈还在等着呢!”

“泰朵拉……你错了。我因为你,才有了毅力。分类讨论的时候,举例的时候,我都会想起你。这种对一件事坚持到底的努力精神,我是从你身上学到的。”

“啊,就是最重要的‘表现形式’(Representation)。”泰朵拉回答。

这时,盈盈两手“啪”地拍了一下。

0.999 ... < 1  错误

“呐,哥哥……那边有好东西。”

“嗯……这样的话,怎么说呢,就好比章节插图的极限值是 ∞ 似的,因为刚刚学长你说了,咱们不说‘极限值无穷大’……”

4.2 超市

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