一、问题的提起
关于0.9999……=1的问题,一直存在着两种不同的意见。一种意见认为0.9999……等于1,于是可以认为,0.9999……是数字单位“1”,以无限循环小数方式存在的一种表达方法,二者等价。
另外一种意见认为, 0.9999……只是无限接近“1”而不等于1。本人持这个看法。
说“等于”,有国外不少大数学家给出过证明。不管懂不懂那些证明,只须承认这些证明是合乎逻辑,无可挑剔的,就行。说不等于的,一是从直观感觉,或者是个人对极限概念的认识,或者以某种方式找岀个别证明的逻辑瑕疵。本人属于这几种情况兼有的一类。对于用一些本人不具备的知识做岀证明等于1的,只好表示敬佩而保留个人未必被认同的意见。
二、q*≠1是直观可见的
为方便起见,令
q=0.9999……
q*=0.99……99
两个式子中,“……”都表示无穷多个(9),q是在小数后半部分,q*是在小数中间部分。
本人以为,该循环小数q可以写成q*的形式。这样,q是不是等于1,就可以化作q*是不是等于1的问题了。
仅凭直观,就可以断定
q*=099……99
不等于1。
既然q*的“……”位于小数的中间部位,而且是由无穷多个(9)组成,整个小数没有多余的其他成份参与,那么,它当然就是以单个(9)为循环节的无限循环小数。
在q*的形成过程中,无论小数中间部分的(9)怎么增加,对尾部的两个或更多有限个(9)的存在,都不产生作用。这个有限个数的“尾巴”甩不掉,突不破。它宣告,让这个循环小数q*等于1是绝对不可能的。
由q*≠1到q≠1的关键是,q*等于q吗?
三、q*的由来
对于以(9)作为循环节的无限循环小数,为什么可以用q*这种表达方式?q*是怎么产生的?
还是从两个数列谈起。
有这样两个数列,它们的通项分别是A1,A2。
A1=[1-(0.1)ⁿ]
其前五项对应于n=1~5,为
A1₁=[1-(0.1)¹]=0.9
A1₂=[1-(0.1)²]=0.99
A1₃=0.999
A1₄=0.9999
A1₅=0.99999
另一个数列
A2=[1+(0.1)ⁿ]
的各项为
A2₁=[1+(0.1)¹]=1.1
A2₂=[1+(0.1)²]=1.01
A2₃=1.001 ……
A2ₙ=1.00……01,小数点后边有(n-1)个0,以“1”结束。
计算这个数列,每前进一步,得岀这一项的结果,小数点后面比前一项增加了一个(0),这个多岀来的(0)当然可以是在位于末尾(1)的前面任何一个位置,不一定非在小数第一位不可。因为这一项的计算是单独进行的,与存在不存在其他各项的计算结果无关。所以其结果小数中所有的(0)没有先后之分。
仿照A2各项的计算结果,A1的第n项能不能写成类似的形式?即
A1ₙ=0.99……99,
小数点后面共n个(9),在这个等式中,中间的“……”代表了(n-4)个(9)。当然这个小数里前头部和尾部保留几个(9),悉由尊便,只要尾部保留有限个就行。至于上式保留了两个(9),只是为了直观且简单,也就够了。
这样表示行不行?我觉得行。因为我上学期间,没有老师告诉我,表示循环小数的时候,那个“……”只能放到小数后半部分。因为那时候,循环小数是通过除法产生的,计算除法时候商的数字的增加,只能放在已经计算出结果的后面当末位,除不尽了就在后面用“……”表示了。这样产生的循环小数,“……”放在小数后半部分是理所当然的,无需做专门规定。这就产生了习惯性“想当然”认为,凡循环小数的“……”只能放在后半部分。这就有点绝对化了。比如这个数列A1恰好产生了循环小数,循环节只有一位,倘若把“……”放到小数中间,并没有影响它的任何性质,为什么不行?
扩展一下,当n→∞的时候,A1ₙ=0.99……99,其表现形式没有发生变化,改变的只是位于小数中间那个“……”成为无穷多个(9)了。这个A1ₙ当n→∞的时候用q*表示。这就是q*=0.99……99的由来。
四,q*=q
考虑到,A1ₙ按照原来的方式,即小数位数增加时那个(9)习惯性地加到尾部,n→∞时则有
A1ₙ=0.9999……=q
而“……”写在小数中间的时候,给了A1ₙ一个专用符号q*,即q*=099……99。
至于q和q*所表示的两个写法不同的小数,产生该小数的源头及过程是同一个,结果自然也就是同一个了。也就是说,q*其实就是q的另一个写法而已。
这样就有
q*=q
0.99……99=0.9999……
直观看,0.99……99≠1
所以,0.9999……≠1