除以零

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基本算术

基本算术中,除法指将一个集合中的物件分成若干等份。例如,个苹果平分给人,每人可得个苹果。同理,个苹果只分给人,则其可独得个苹果。

若除以又如何?若有颗苹果,无人来分,每“人”可得多少苹果?问题本身是无意义的,因根本无人来,论每“人”可得多少,根本多余。因此,,在基本算术中,是无意义或未下定义的。

另种解释是将除法理解为不断的减法。例如“除以”,换一种说法,减去两个,余下,即被除数一直减去除数直至余数数值低于除数,算式为余数。若某数除以零,就算不断减去零,余数也不可能小于除数,使得算式与无穷拉上关系,超出基本算术的范畴。此解释也有一问题,即为无穷大乘以零仍是零。

早期尝试

婆罗摩笈多(598–668年)的著作《Brahmasphutasiddhanta》被视为最早讨论零的数学和定义涉及零的算式的文本。但当中对除以零的论述并不正确,根据婆罗摩笈多,

一个正或负整数除以零,成为以零为分母的分数。零除以正或负整数是零或以零为分子、该正或负整数为分母的分数。零除以零是零。

830年,摩诃吠罗在其著作《Ganita Sara Samgraha》试图纠正婆罗摩笈多的错误,但不成功:

一数字除以零会维持不变。

婆什迦罗第二尝试解决此问题,设,虽然此定义有一定道理,但会导致一个悖论:的结果可以是任意一个数,那么就会得出所有的数都相同的错误结论。

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代数处理

一个正或负整数除以零,成为以零为分母的分数。零除以正或负整数是零或以零为分子、该正或负整数为分母的分数。零除以零是零。

除以零的谬误

一数字除以零会维持不变。

虚假的除法

若某数学系统遵从域的公理,则在该数学系统内除以零必须为没有意义。这是因为除法被定义为是乘法的逆向操作,即值是方程的解(若有的话)。若设,方程可写成或直接。因此,方程没有解(当时),但是任何数值也可解此方程(当时)。在各自情况下均没有独一无二的数值,所以未能下定义。

数学分析

在代数运算中不当使用除以零可得出无效证明:由:

得出:

除以零得出

简化,得出:

以上谬论假设,就是某数除以0是容许的并且。另一个简洁的证明

,則 兩邊同時减去 ,由 平方差公式得 兩邊除以

通过上面的过程,能够证明一切数字等于。但是因为不能够除以),所以这个毁灭数字的过程不正常。

扩展的实数轴

在矩阵代数或线性代数中,可定义一种虚假的除法,设,当中代表的虚构倒数。这样,若存在,则。若,则;参见广义逆。

形式推算

倒数函数: y = 1/x.对除了0的每一x值,y即为其倒数倒数函数: y = 1/x.对除了0的每一x值,y即为其倒数

黎曼球

表面看来,可以藉着考虑随着趋向极限而定义。对于任何正数

而对于任何负数

所以,对于正数可被定义为,而对于负数则可定义为。不过,某数也可以由负数一方(左面)趋向零,这様,对于正数定义为,对于负数定义为。由此可得(假设实数的基本性质可应用在极限上):

最终变成 ,与在扩展的实数轴上对极限赋予的标准定义不相符。唯一的办法是用没有正负号的无限,参见下面。

另外,利用极限的比无为提供解释:

并不存在,而

若随着趋向均趋向,该极限可等于任何实数或无限,或者根本不存在,视乎是何函数(参阅洛必达法则)。由此,难以被定义为一极限。

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