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  • 1 # 使用者7974900728562

    先說結論再證明。

    弄明白幾個概念,證明幾個定理,以上結論就顯而易見了。

    有理數的概念:可以表示成兩個整數相除的數叫做有理數,否則叫做無理數。

    定理1:任意兩個實數x1和x2,如果存在一個正有理數 q 滿足x1=q·x2,那麼f(x1)必定等於f(x2)。(注意:f是題主所說的那一類函式)

    證明:正有理數q可以表示為a/b,其中a和b都是正整數。因為x1=q·x2,那麼b·x1=a·x2,則f(x1)=f(b·x1)=f(a·x2)=f(x2)。

    定理2:任意給定一個正(負)實數a,集合A={x|x=q·a,q∈Q*},Q*表示全體正有理數集合,則集合A為正(負)實數集的稠密子集。

    稠密的概念:稠密是指集合中任意兩個相鄰元素的距離都是無窮小。稠密集合不一定是連續集合,比如有理數集合是稠密的,但是不連續。比較嚴格的描述為,對於集合A中的任意一個元素x1,和任意一個正實數ε(任意小),總存在集合A中異於x1的元素x2,使得 | x1 - x2 | < ε,則稱集合A是稠密的。

    證明定理2:對於集合A中的任意一個元素 x1,x1可以表示為q1·a,q1為正有理數,a為給定的正(負)實數,則x1都為正(負)實數;對於任意一個正實數ε,都可以表示為α·a,則α是正(負)實數;由於有理數集合是稠密的,則總存在一個正有理數q2,使得 |q1-q2|<|α| (也就是說q1和q2的距離任意小),則 |q1-q2|·|a|=|q1·a-q2·a|<|α|·|a|=|α·a|=ε,令x2=q2·a,則 |x1-x2|<ε,集合A是正(負)實數集的稠密子集。

    定理3:對於定理2定義的集合中的每兩個元素x1,x2∈A,都有f(x1)=f(2),也就是函式f在A中取值為常數。(從定理1和2容易證得)

    由定理2和3可知,函式f在集合A中,對應的影象必定是一條平行於x軸的“稠密虛線”。

    定理4:以定理2定義的集合有無數個,這些集合要麼相等,要麼交集為空集。(從定理1很容易證得)

    定理5:從定理4所說的集合中,選出所有兩兩不相等的集合,以這些集合為元素組成一個新的集合B,B={A1,A2,...},集合B與實數集等勢。

    等勢的概念:等勢可以理解為兩個集合的元素一樣多,也就是兩個集合的元素能一對一地對應起來。嚴格的描述是,存在集合A到集合B的一一對映,則集合A與集合B等勢。

    (定理5證明思路是先證明集合B所有元素的並是實數集,然後證明實數比有理數多得多,有理數的個數叫可數個,實數的個數叫不可數個,然後證明有限個或者可數個可數集的並最多是可數集,不可數個可數集的並才會是不可數集,至此就可以知道集合B的元素個數必定是不可數個,與實數個數一樣多。)

    由定理5可知,函式f在實數集中,對應影象是無數條平行於x軸的“稠密虛線”,這些虛線的條數與實數個數相等。

    如果所有這些虛線的y軸座標都相等,那組合起來就是一條平行於x軸的實線。

    如果所有這些虛線對應的y軸座標有多個,那組合起來就是多條平行於x軸的“稠密虛線”。

    如果所有虛線y軸座標都兩兩不相等,且任一個實數都有取值,那就是遍佈整個座標平面處處稠密而不連續的點了。

    擴充套件閱讀

    定理2其實是一個很有趣的結論,可以推廣到不限正數,任意給定一個非0實數a,集合A={x|x=q·a,q∈Q},Q表示全體有理數集合,集合A就可以構成一個在有理數數域上的一維線性空間,所有這一類集合的並就是實數集,實數集也可以構成在有理數域上的線性空間,可以證明是無窮維的。

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