題主所問的問題如果在2500多年前,我們牛B的畢達(dá)哥拉斯同學(xué)都要給跪了!沒錯,就是發(fā)現(xiàn)勾股定理的那個神人。當(dāng)然神人也會犯錯誤。從幾何直觀上講,這個斜邊必然是一個確定的值,但是沒辦法用有限小數(shù)或循環(huán)小數(shù)表示。畢達(dá)哥拉斯認(rèn)為,凡是數(shù)都可以表示成兩個整數(shù)的比(有理數(shù),rational number,說到這個英文很多同學(xué)認(rèn)為“有理”和有道理有關(guān)系,其實(shí)這個詞的詞根是ratio,意為可比的),也就可以表示為有限或循環(huán)小數(shù)。那么問題來了,邊長為1的正方形對角線的長度是多少呢?畢同學(xué)沒有答案,是他的弟子希帕索斯發(fā)現(xiàn)這個數(shù)并不能表示成兩個整數(shù)之比,后來這種數(shù)被稱為無理數(shù),由此拉開了第一次數(shù)學(xué)危機(jī)的序幕。這個發(fā)現(xiàn)讓畢達(dá)哥拉斯學(xué)派十分緊張,他們開除了畢達(dá)哥拉斯,并且對這個問題置之不理。后來希帕索斯在流亡的一艘船上遇到了畢氏學(xué)派的門徒,他就這樣被當(dāng)成異端被丟到了海里。
那么我們來看一下為什么題主問題中的斜邊不是一個有理數(shù),假設(shè)它能表示成兩個整數(shù)的比,即p/q,p、q互質(zhì),否則可約分而達(dá)到互質(zhì)。由勾股定理可知,(p/q)^2=5即p^2=5q^2;可知p中必含有因子5,否則p^2中不可能含有因子5;可設(shè)p=5n,則q^2=5n^2;可知q含有因子5,而這和p、q互質(zhì)矛盾,所以斜邊不是有理數(shù)。雖然其不是一個有理數(shù),但是這不意味著它不是一個確定的值。
無理數(shù)的公理化定義在1872年由戴德金完成,他通過對有理數(shù)域的分割,由分割點(diǎn)對兩個集合造成的影響而定義無理數(shù)和有理數(shù),也就是著名的“戴德金分割”。至此,第一次數(shù)學(xué)危機(jī)才算是圓滿解決。關(guān)于戴德金分割就不展開說了,有興趣的同學(xué)可以看看這本書《數(shù)學(xué)悖論與三次數(shù)學(xué)危機(jī)》。