关于π的无理性,有一点需要明确,即π确实是一个无理数,这一点数学界早已有定论。有些朋友或许习惯性地想象π在经过无数位之后会开始循环,但实际情况并非如此。π的无理性已通过多种方式得到证明,感兴趣的读者可以上网查询相关证明,其实并不复杂。
其次,尽管π是无理数,但并非所有包含π的数值也必然是无理数。以圆周长为例,它可能是有理数,甚至可能是整数。设想一个圆的直径为10/π,那么该圆的周长就是简单的10,这显然是一个整数。然而有些人一遇到π就觉得不舒服,他们会质疑:“一个圆的直径怎么可能等于10除以π呢?10/π明明是一个无理数!”实际上,没有任何规律禁止圆的直径为无理数。
很多人对无理数抱有偏见,似乎认为无理数是不确定的,因为它们似乎永远写不完,没有尽头。但要明确一点,无理数同样可以被完整写出来。例如,要写出π,只需简单地写下“π”。你可能会反驳说:“谁让你直接用符号写的,我要的是用小数或分数形式写出来。”但问题的关键在于,为什么一定要用小数或分数形式写出来才算完结呢?
π就是π,正如“1就是1”一样,它们在数学意义上是等价的,唯一的区别在于一个是无理数,一个是有理数。π是一个极其确定的数值,就像1也是一个确定的数值。一旦明白了这一点,关于圆的周长和直径是属于有理数还是无理数的问题也就不难理解了。
以画线段为例,你在纸上任意画一条线段,它的长度是确定的,但这个长度可能是无理数,因为在所有实数中,无理数的数量远超过有理数。甚至可以说,在1和2之间存在的无理数比所有有理数的总数还要多。
然而,你无法真正测量出纸上那条线段的具体长度,因为一旦开始测量,就脱离了纯粹数学的范畴,进入了物理世界和现实生活,而现实总是有限和具体的。具体有限的事物无法直接衡量抽象的概念。
数学只是我们理解现实的工具,它并不等同于现实。换一个极端的例子,实际上,任何线段的长度都无法被精确测量,这意味着你永远无法确切地画出一条长度为1厘米(或其他任何确定数值)的线段。这就是数学的理想与现实之间的鸿沟。
所有有理数和无理数构成了实数系,数轴上的每一个点都对应着一个实数。如果你可以在数轴上随意切割,那么得到的点更可能是无理数,因为它们的数量要远远多于有理数。而在数轴上表示π其实也很简单,一种简单的方法是:
画一个数轴。
画一个直径为1的圆,从原点O开始,沿着x轴滚动一周,圆上的某一点就会与数轴上的点重合,该点即表示π。
这是基于圆的周长除以其直径恒等于π的原理。
当然,这只是纯粹的数学推理。如果你坚持要用尺子去实际测量是否真的是π,这是不可能的,因为你的测量手段只能局限于现实物理世界。
最后再次强调,不要对无理数抱有偏见,无理数与有理数在数学上是平等的,有理数能做到的事情,无理数同样能够完成。数轴上的点不应该受到区别对待,因为在数学的眼里,它们都是平等的。