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有理数と無理数の稠密性のLaTeXML自動変換版です。自動検査には合格していますが、元PDFとの目視比較は未実施です。正本はPDF・TeXです。

電波通信

電波通信
HTML変換日:2026年7月26日

この文書では有理数と無理数がℝの中で稠密であることを証明する。以下では実数xに対して⌊x⌋で床関数を表す。すなわち⌊x⌋はxを越えない最大の整数のことである。この床関数に対して定義から

⌊x⌋≤x<⌊x⌋+1

という不等式が成り立ち、これを変形して

x−1<⌊x⌋≤x

という不等式を得る。この不等式に留意しておこう。まず有理数の稠密性から証明する。

命題 1.

ℚはℝの中で稠密である。

証明.

x∈ℝを任意に与える。このとき自然数n∈ℕに対して床関数の不等式から

n⁢x−1<⌊n⁢x⌋≤n⁢x

が分かるので、これをnで割ると

x−1n<⌊n⁢x⌋n≤x<x+1n

が分かる、つまり

|x−⌊n⁢x⌋n|<1n

となる。nを大きくすればxと⌊n⁢x⌋nはいくらでも距離を近くでき、⌊n⁢x⌋が整数であることから⌊n⁢x⌋n∈ℚなのでℚがℝの中で稠密であることが分かる。 ∎

さて、次に移る前に次の簡単な事実に注意しよう。証明は読者に任せる。

事実 2.

有理数r∈ℚに対し、r+2は無理数。

上の事実と有理数の稠密性から無理数の稠密性がわかる。

命題 3.

ℝ∖ℚはℝの中で稠密。

証明.

x∈ℝを任意に与える。このときもちろんx−2も実数なので、これに対し命題1を適応すると、任意のε>0に対し、r∈ℚが存在し、

|(x−2)−r|=|x−(r+2)|<ε

となり、上の事実からr+2は無理数であるから、定理の証明は終わる。 ∎