圓周率雖然是無理數,但是圓周率始終是實數,任何一個實數在實軸上都是唯一確定的,在實數層面,無理數本質上與有理數並無區別,所以平面內固定半徑的圓周長也是唯一確定的。
我們最初在遇到無理數時,有些人難以理解無理數,無理數在十進制中是無限不循環的,當然我們也可以證明,無理數在任何整數進制下都是無限不循環的,圓周率就是一個典型的無理數,圓周率的無理性在1761年首次被證明。
對於無限不循環這個概念,部分人會陷入思維困境,認為“無限不循環”是一個變動的數,一個不確定的數,最終認為無理數在數軸上不是確定的,甚至圓的周長也不是固定的。
這個理解是完全錯誤的!
在數學中,只要涉及無限的概念,就很容易出現一些讓人難以理解的結論,這是很正常的事,實數可以分為有理數和無理數,有理數又可以分為整數和非整數。
比如十進制中的1/3,這是一個無限循環小數,屬於非整數,當然也屬於有理數,我們這麼理解,來看這麼幾個數的比較:
1/3=0.33333……
1/6=0.166666……
1/8=0.12500000……
2=2.000000……
對於有理數來説,無論是整數還是非整數,本質上都是無限循環小數,只不過整數的小數後面全是“0”的循環而已,它們本質上是沒有區別的。
另外一個證據也説明了這點,在十進制中的無限循環小數,有可能換算為其他進制後,就變成了不循環的小數(無限零循環不算),比如1/6在十進制中是無限循環的,但是在六進制中就變成了0.1,成了一個不循環的小數(零循環不算)。
如果理解了這點,我們再用同樣的思維去理解無理數:任何數本質上都可以分為整數部分和小數部分,其中小數部分擁有無窮多個數位,無論是有理數還是無理數,任何一個實數的小數部分都是唯一確定,它確定了這個數在數軸上的位置。
單從這方面看的話,無理數和有理數本質上沒有區別,任何數在實數數域上都是唯一確定的,只不過有理數的小數部分是循環的,無理數不循環而已。
從無理數和有理數的分佈上看,在數軸上,無理數的個數是不可數的,有理數的個數是可數的,無理數的可數性由黎曼最早證明;這個性質在某種程度上説明了無理數遠遠多於有理數,如果我們在數軸上隨機選取一點,那麼這點對應的數幾乎肯定是無理數。