无理数指数是有理数指数的一个推广。
最初,我们用指数来简写乘法,比如 , 等等。
这个时候,指数只能是整数。那么指数能否推广到有理数呢?
我们注意到:
那么自然就会想到 ,即
这时我们就定义出了有理数指数。
那么继续推广到无理数呢?好像没这么简单了。比如 是什么呢?好像没有办法直接计算。
但是我们发现, 这些数都是可以计算的,因为它们的指数都是有理数。而且,我们发现它们趋向于一个确定的值。
于是,我们说这一串数的极限就是 ,即:
感谢大家的点赞和评论。评论区里有不少人提出“ 究竟是什么,它具体等于多少?”这样的问题。
那么,不妨想想: 具体等于多少?
你可能会说,这简单, 等于3.1415926……啊!但是,你永远也无法完整的表达出 的完整小数部分,因为它是个无理数。我们只能取得它的近似值。
又或者,你会说: 就是一个圆的圆周长和直径的比值啊!但这是 的定义,无法从这个定义简单计算出 等于多少。就比如 也有个定义:设有理数数列 趋向于 ,那么 。我们用一个比较容易理解的,趋向于 的有理数数列: 3, 3.1, 3.14, 3.141, 3.1415, 3.14159, ……代入,就得到了上面的结论。
发现了吗?如果用思考 的这些问题来思考 ,我们发现我们连 具体等于多少好像也算不出来!但是我们好像从来没有思考过 究竟是什么,它具体等于多少这样的问题?
这是因为我们很小就知道 ,它太熟悉了,大家都觉得“ 就是 啊,还能有什么等于多少呢?”但是对于 ,很多人就倾向于认为“这是一个式子,它需要计算出一个值”。但事实上,两者并没有太大的区别。 和 一样,是个常数。
再举个例子:一个边长为1的正方形,它的对角线长度为 。大家都会觉得“这计算出了一个具体的结果”,但实际上,如果硬要说 也是一个“式子”,似乎也没错,但此时我们最多说“它等于一个数,这个数的平方等于2”,而无法继续计算了;但如果不纠结这个问题,我们发现,当知道了 的定义后,我们就可以在数学中应用它了,并不会有什么阻碍。
所以对于这种“是什么”的问题,我们也只能给出它的定义。而理解了它的定义之后,就可以把它当做 和 那样的常数去直接应用了,不必纠结“这个式子等于多少”。