有理数有两种分法:按定义分成整数和分数,按符号分成正有理数、负有理数和零。两种分法都对,区别在于看的角度不同——一个看数的形态,一个看数的正负。做题时两种都要会,缺一种就会在分类题上丢分。
课本上先讲第一种,因为它是定义本身:整数和分数统称有理数。第二种是后续做题常用的,尤其在比较大小、判断符号、化简绝对值的时候。
按定义分:整数和分数
这一层分下去,整数再分三类,分数再分两类,一共五个小类,不重不漏。
| 分法 | 一级 | 二级 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 按定义 | 整数 | 正整数 | 1、25、108 |
| 零 | 0 | ||
| 负整数 | −3、−40 | ||
| 分数 | 正分数 | 3/4、0.6、2.5 | |
| 负分数 | −1/3、−0.25 |
注意表里把小数放进了分数。有限小数和无限循环小数都可以化成分数,比如 0.6 = 3/5,0.25 = 1/4,所以它们不是独立的一类,归在分数里。只有无限不循环小数不满足这个条件,那才是无理数。
有理数集的符号是 Q,来自英文 quotient(商)。写成 Q 时指的是集合,说"一个有理数"时指的是集合里的元素,这两个说法不能混。
按符号分:正、负、零
换一个维度,按正负号分,结果是这样:
- 正有理数:包括正整数和正分数,也就是所有大于 0 的有理数。
- 零:单独一类,既不是正数也不是负数。
- 负有理数:包括负整数和负分数,也就是所有小于 0 的有理数。
这种分法的好处是直接对应数轴。数轴上原点右边的点全是正有理数,原点本身是零,左边的点全是负有理数。做大小比较、判断相反数、去绝对值符号,用这一套最快。
两种分法为什么会打架?
不打架,只是维度不同。就像一群人,可以按性别分,也可以按年龄段分,两种分法都成立,交叉起来也不矛盾:一个数是正整数,它同时属于"整数"和"正有理数"两个格子。
真正让人困惑的是另一件事:既然整数可以看成分母为 1 的分数,为什么分类时还要把整数和分数并列?答案是分类要求不重不漏。如果按"能写成分数形式"来分,所有有理数都是分数,分类就失去意义了。所以教材里的"分数"指的是非整数的分数,整数单列出去,两类互不重叠,合起来正好是有理数全体。
这也是判断一道分类题对错的标准:看有没有重复归类,看有没有漏掉。0 被漏掉是最常见的错,负分数被当成负整数是第二常见的错。
0 到底算哪一类?
0 是整数,不是正数,不是负数,不是分数,是自然数,是偶数。它的相反数是它自己,绝对值是 0,没有倒数。这几条要一起记,因为考题经常从不同角度问同一个点。
放到两种分法里看:按定义分,0 属于整数;按符号分,0 自成一类。所以它既不在正有理数里,也不在负有理数里,任何把它塞进正数或负数的写法都是错的。
还有一个细节,0 不能作分母,也不能作除数。所以"0 是分数"这个说法从定义上就不成立,不是习惯问题。
五个容易判错的数
- −3.5:负分数,也是负有理数。不要因为带小数点就说不清类别,−3.5 = −7/2。
- 0.333…(3 循环):分数,等于 1/3。无限但循环,仍然是分数。
- π:无理数,不属于有理数。它无限不循环,不能写成分数。
- 22/7:有理数。它长得像圆周率的近似值,但本身是一个确定的分数。
- 3/1:整数。值是 3,分类时归整数,不归分数。
这五个数的共同陷阱是"看长相不看本质"。判断一个数是不是有理数,唯一标准是能不能写成两个整数之比,跟它写成小数、分数还是带根号的形式无关。
分完之后,能推出哪些性质
第一是封闭。任意两个有理数相加、相减、相乘,结果仍然是有理数;相除时只要除数不为 0,结果也是有理数。这条性质叫对四则运算封闭,它保证了在有理数范围里做运算不会跑到集合外面去。
第二是稠密。任意两个不相等的有理数之间,一定还存在别的有理数,取两者的平均数就行。比如 1/3 和 1/2 之间,5/12 就在中间;再往下取,永远取得下去。这一点和整数完全不同,整数之间是有间隔的。
第三是可数。有理数虽然稠密,却能跟自然数一一对应地排成一列,这一点和实数不一样。所以"稠密"不等于"多",两个概念经常被混在一起谈。
这三条性质解释了为什么后续内容都要在有理数上打底:数轴要能无限细分,靠的是稠密;解方程移项、合并同类项不出界,靠的是封闭;而学到实数时发现有理数填不满数轴,才引出无理数。
常见问题
有理数就是有道理的数吗
不是。这个名字来自"比率",指可以写成两个整数之比的数,英文 rational 的词根是 ratio。翻成"有理数"是早期译法留下的习惯,和"有道理"没有关系,同样的道理,"无理数"也不是没道理的数。
分数一定小于 1 吗
不一定。3/2 大于 1,7/3 也大于 1。分数只表示两个整数的比,值可以大于 1、等于 1 或者小于 1,还可以是负数。把分数等同于"真分数"是小学阶段留下的印象。
有理数分类题怎么检查
两步。先看每个数有没有被归到两个类别里,重复就是错;再看所有类别合起来是不是正好覆盖题目给的全部数,漏了也是错。0 和负分数是两个高频漏点。
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