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L'insieme dei numeri reali

Partendo dall’insieme dei numeri naturali
[math] ( \mathbb{N} ) [/math]
, ossia dai numeri del conteggio, per estensioni successive di operazioni si sono introdotti i numeri razionali, cioè quei numeri rappresentabili per mezzo di rapporti.
Formalmente, fanno parte dei numeri razionali tutti i numeri della forma
[math] x = \pm \frac{p}{q} [/math]
dove
[math] p, q [/math]
sono numeri naturali e
[math] q \neq 0 [/math]
. In tale insieme si sono definite le operazioni di somma, differenza, moltiplicazione, divisione e potenza. Ovviamente con le ben note limitazioni di divisione e potenza.
Rimane da definire l’operazione inversa della potenza. Appoggiamoci ad un esempio:

Assegnato il numero razionale 2,ci si chieda qual è quel numero razionale che, elevato al quadrato dà 2. Anche con l’aiuto di una calcolatrice, andiamo in cerca di tale numero. Per tentativi, ci costruiamo due sequenze numeriche:

[math] A_1 = \{1, 1.4, 1.41, \dots \} [/math]
[math] A_2 = \{2, 1.5, 1.42, 1.415, \dots \} [/math]
Esaminando l’insieme
[math]A_1[/math]
e
[math] A_2 [/math]
scopriamo che i quadrati dei numeri nel primo insieme approssimano per difetto il 2,quelli nsel secondo insieme per eccesso.

Iterando il procedimento non riusciamo a trovare risposta al quesito posto, anche se diventa sempre più attendibile un valore numerico che separa i due insiemi. In parole povere, ci avviciniamo sempre di più a

[math] 2 [/math]
, ma senza mai raggiungerlo. Siamo in presenza di due insiemi detti CLASSI CONTIGUE DI NUMERI RAZIONALI.

Più in generale, diciamo che due insiemi numerici

[math] A_1, A_2 [/math]
formano classi contigue di numeri razionali se e solo se:
  • Ogni numero del primo insieme
    [math] A_1 [/math]
    è minore di ciascun numero del secondo insieme
    [math] A_2 [/math]
    ;
  • Per ogni
    [math] \varepsilon > 0 [/math]
    esistono sempre due numeri (di cui uno nel primo insieme e uno nel secondo) la cui differenza in valore assoluto è minore di
    [math] \varepsilon [/math]
    .

L'elemento separatore, di due classi contigue di numeri razionali ,è un numero irrazionale, cioè un numero decimale illimitato non periodico.
Nel nostro caso, l'elemento separatore è

[math] \sqrt{2} [/math]
; si può dimostrare che esso non si può scrivere nella forma
[math] p/q [/math]
con
[math] p, q [/math]
entrambi interi.

L’unione dei numeri razionali con i numeri irrazionali, dà l’insieme dei numeri reali.

[math] \mathbb{R} = \mathbb{Q} \cup \mathbb{I} [/math]

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