在这之前定义的四则运算(\(+-\times\div\)),以及衍出来的幂数、指数、对数,都是针对比例数定义的,所得出的运算性质也是针对比例数的。
那么,如果将这些运算,也类似应用于非比例数,这些运算性质,是否依然成立呢?
举一例:
假设\(a=\lim_{n\rightarrow\infty}(1-\frac{1}{n})\),\(b=\lim_{m\rightarrow\infty}(1-\frac{1}{m})\),那么 \[a\times b\] 即 \[\lim_{n\rightarrow\infty}(1-\frac{1}{n})\times\lim_{m\rightarrow\infty}(1-\frac{1}{m})\] 等于多少呢,或者如何去计算结果呢?
一个直观的方式是, \[\begin{align*} a\times b &=\lim_{n\rightarrow\infty,m\rightarrow\infty}(1-\frac{1}{n})\times(1-\frac{1}{m})\\ &=\lim_{n\rightarrow\infty,m\rightarrow\infty}(1-\frac{1}{n}-\frac{1}{m}+\frac{1}{nm})\\ &=1 \end{align*}\]
一个具体的例子是\(\sqrt{2}\times\sqrt{2}\):
\(\sqrt{2}\)的近似 | \(\sqrt{2}\)的近似 | 乘积 |
---|---|---|
1.4 | 1.4 | 1.96 |
1.41 | 1.41 | 1.9881 |
1.414 | 1.414 | 1.999396 |
1.4142 | 1.4142 | 1.9999616 |
1.41421 | 1.41421 | 1.9999899 |
可以看出随着\(\sqrt{2}\)的近似值不断接近\(\sqrt{2}\),近似值乘积也不断接近2(\(\sqrt{2}\times\sqrt{2}=(\sqrt{2})^2=2\))。
其实,这也是非比例数与非比例数(或比例数)之间四则运算(\(+-\times\div\))、幂数、指数、对数等运算的定义,即用不断逼近非比例数的比例数替代进行运算,最终得到的不断逼近的值,就是相应运算的结果。
绝大多数情况下,非比例数与非比例数(或比例数)之间的运算结果,也会是一个非比例数,也即是一个比例数无限逼近的值。
可以证明的是1,比例数之间的运算法则,可以推广到非比例数,进而对所有实数适用。比如,如下表所示
比例数(\(a,b,m,n\))运算法则 | 实数(\(a,b,m,n\))运算法则 |
\(a+b=b+a\) | \(a+b=b+a\) |
\(a\times b=b\times a\) | \(a\times b=b\times a\) |
\(a^m\times a^n=a^{m+n}\) | \(a^m\times a^n=a^{m+n}\) |
\(a^m\div a^n=a^{m-n}\) | \(a^m\div a^n=a^{m-n}\) |
\((a^m)^n=a^{m\times n}\) | \((a^m)^n=a^{m\times n}\) |
\(a^n\times b^n=(a\times b)^n\) | \(a^n\times b^n=(a\times b)^n\) |
\(a^n\div b^n=(a\div b)^n\) | \(a^n\div b^n=(a\div b)^n\) |
\(\log_a(x) + \log_a(y) =\log_a(x\times y)\) | \(\log_a(x) + \log_a(y) =\log_a(x\times y)\) |
\(\log_a(x) - \log_a(y) =\log_a(x\div y)\) | \(\log_a(x) - \log_a(y) =\log_a(x\div y)\) |
\(n\times \log_a(x) =\log_a(x^{n})\) | \(n\times \log_a(x) =\log_a(x^{n})\) |
\(\log_a x + \log_b y = 2\log_{ab}(x\times y)\) | \(\log_a x + \log_b y = 2\log_{ab}(x\times y)\) |
具体的证明过程,比较繁琐,需要一定深度的数学知识。↩︎