ระบบจำนวนจริง (Real number)
จํานวนจริงสามารถแบ่งได้เป็น 2 ลักษณะ คือ จํานวนตรรกยะ และจํานวนอตรรกยะ
1.จำนวนตรรกยะ (Rational Number) หมายถึง จำนวนที่สามารถเขียนได้ในรูป เศษส่วน
ของจำนวนเต็ม (ตัวส่วนไม่เท่ากับ 0 ) หรือเป็นทศนิยมซ้ำ เช่น 12,−35,227,−6,0.3,0.43˙8˙,7.643,36
2. จำนวนอตรรกยะ (Irrational Number ) หมายถึง จำนวนที่ไม่สามารถเขียนในรูป
เศษส่วนของจำนวนเต็มหรือเป็นทศนิยมไม่รู้จบ เช่น 1/π,±2,±3,ε,π,0.43443444344443…
รากที่สอง (Square Root)
รากที่สองของ)คือจำนวนจริงที่ยกกำลังสองแล้วเท่ากับ
รากที่สองของ มี 2 ค่า −[ รากที่สองที่เป็นบวกของ a⇒√a รากที่สองที่เป็นลบของ a⇒−√
การหารากที่สอง มี 4 วิธี ดังนี้
- ใช้การแยกตัวประกอบ
- ใช้วิธีโดยการประมาณ
- ใช้ตารางแสดงรากที่สอง
- ใช้วิธีตั้งหาร
ตัวอย่าง
จำนวนเต็มยังสามารถแบ่งได้อีกเป็น 3 ประเภทด้วยกัน
1. จำนวนเต็มลบ หมายถึง จำนวนที่เป็นสมาชิกของเซต I – โดยที่ I – = {…, -4, -3, -2, -1}
เมื่อ I – เป็นเซตของจำนวนเต็มลบ
2. จำนวนเต็มศูนย์ (0)
3. จำนวนเต็มบวก หมายถึง จำนวนที่เป็นสมาชิกของเซต I+ โดยที่ I+ = {1, 2, 3, 4, …}
เมื่อ I+ เป็นเซตของจำนวนเต็มบวก
จำนวนเต็มบวก เรียกได้อีกอย่างว่า “จำนวนนับ” ซึ่งเขียนแทนเซตของจำนวนนับได้ด้วยสัญลักษณ์ N โดยที่ N = I+ = {1, 2, 3, 4, …}
ระบบจำนวนเชิงซ้อนนอกจากระบบจำนวนจริงที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังมีจำนวนอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งได้จากการแก้สมการต่อไปนี้
x^2 = -1 ∴ x = √-1 = i
x^2= -2 ∴ x = √-2 = √2 i
x^2 = -3 ∴ x = √-3 = √3 i
จะเห็นได้ว่า “ไม่สามารถจะหาจำนวนจริงใดที่ยกกำลังสองแล้วมีค่าเป็นลบ” เราเรียก √-1 หรือจำนวนอื่นๆ ในลักษณะนี้ว่า “จำนวนจินตภาพ”และเรียก i ว่า “หนึ่งหน่วยจินตภาพ” เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ i
ยูเนียนของเซตจำนวนจริงกับเซตจำนวนจินตภาพ คือ ” เซตจำนวนเชิงซ้อน ” (Complex numbers)
สรุป
สมบัติของจำนวนจริง
กำหนด a, b, c เป็นจำนวนจริงใดๆ |
1. สมบัติการสะท้อน a = a |
2. สมบัติการสมมาตร ถ้า a = b แล้ว b = a |
3. สมบัติการถ่ายทอด ถ้า a = b และ b = c แล้ว a = c |
4. สมบัติการบวกด้วยจำนวนที่เท่ากัน ถ้า a = b แล้ว a + c = b + c |
5. สมบัติการคูณด้วยจำนวนที่เท่ากัน ถ้า a = b แล้ว ac = bc |
• สมบัติการบวกในระบบจำนวนจริง |
กำหนด a, b, c เป็นจำนวนจริงใดๆ |
1. สมบัติปิดการบวก a + b เป็นจำนวนจริง |
2. สมบัติการสลับที่ของการบวก a + b = b + c |
3. สมบัติการเปลี่ยนกลุ่มการบวก a + ( b + c) = ( a + b ) + c |
4. เอกลักษณ์การบวก 0 + a = a = a + 0 |
นั่นคือ ในระบบจำนวนจริงจะมี 0 เป็นเอกลักษณ์การบวก |
5. อินเวอร์สการบวก a + ( -a ) = 0 = ( -a ) + a |
นั่นคือ ในระบบจำนวนจริง จำนวน a จะมี -a เป็นอินเวอร์สของการบวก |
สมบัติการคูณในระบบจำนวนจริง |
กำหนดให้ a, b, c, เป็นจำนวนจริงใดๆ |
1. สมบัติปิดการคูณ ab เป็นจำนวนจริง |
2. สมบัติการสลับที่ของการคูณ ab = ba |
3. สมบัติการเปลี่ยนกลุ่มของการคูณ a(bc) = (ab)c |
4. เอกลักษณ์การคูณ 1 · a = a = a · 1 |
นั่นคือในระบบจำนวนจริง มี 1 เป็นเอกลักษณ์การคูณ |
5. อินเวอร์สการคูณ a · a-1 = 1 = a · a-1, a ≠ 0 | ||||
นั่นคือ ในระบบจำนวนจริง จำนวนจริง a จะมี a-1 เป็นอินเวอร์สการคูณ ยกเว้น 0 | ||||
6. สมบัติการแจกแจง | ||||
a( b + c ) = ab + ac | ||||
( b + c )a = ba + ca | ||||
จากสมบัติของระบบจำนวนจริงที่ได้กล่าวไปแล้ว สามารถนำมาพิสูจน์เป็นทฤษฎีบทต่างๆ ได้ดังนี้ | ||||
ทฤษฎีบทที่ 1 | กฎการตัดออกสำหรับการบวก | |||
เมื่อ a, b, c เป็นจำนวนจริงใดๆ | ||||
ถ้า a + c = b + c แล้ว a = b | ||||
ถ้า a + b = a + c แล้ว b = c | ||||
ทฤษฎีบทที่ 2 | กฎการตัดออกสำหรับการคูณ | |||
เมื่อ a, b, c เป็นจำนวนจริงใดๆ | ||||
ถ้า ac = bc และ c ≠ 0 แล้ว a = b | ||||
ถ้า ab = ac และ a ≠ 0 แล้ว b = c | ||||
ทฤษฎีบทที่ 3 | เมื่อ a เป็นจำนวนจริงใดๆ | |||
a · 0 = 0 | ||||
0 · a = 0 | ||||
ทฤษฎีบทที่ 4 | เมื่อ a เป็นจำนวนจริงใดๆ | |||
(-1)a = -a | ||||
a(-1) = -a | ||||
ทฤษฎีบทที่ 5 | เมื่อ a, b เป็นจำนวนจริงใดๆ | |||
ถ้า ab = 0 แล้ว a = 0 หรือ b = 0 | ||||
ทฤษฎีบทที่ 6 | เมื่อ a เป็นจำนวนจริงใดๆ | |||
a(-b) = -ab | ||||
(-a)b = -ab | ||||
(-a)(-b) = ab | ||||
เราสามารถนิยามการลบและการหารจำนวนจริงได้โดยอาศัยสมบัติของการบวกและการคูณใน ระบบจำนวนจริงที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้น |
||||
• การลบจำนวนจริง | ||||
บทนิยาม | เมื่อ a, b เป็นจำนวนจริงใดๆ | |||
a- b = a + (-b) | ||||
นั่นคือ a – b คือ ผลบวกของ a กับอินเวอร์สการบวกของ b | ||||
• การหารจำนวนจริง | ||||
บทนิยาม | เมื่อ a, b เป็นจำนวนจริงใดๆ เมื่อ b ≠ 0 | |||
|
||||
|
การแก้สมการตัวแปรเดียว
บทนิยาม | สมการพหุนามตัวแปรเดียว คือ สมการที่อยู่ในรูป | |||
anxn + an-1xn-1 + an-2xn-2 + … + a1x + a0 = 0 | ||||
เมื่อ n เป็นจำนวนเต็มบวก และ an, an-1, an-2 ,…, a1, a0 เป็นจำนวนจริง ที่เป็นสัมประสิทธิ์ของพหุนาม โดยที่ an ≠ 0 เรียกสมการนี้ว่า “สมการพหุนามกำลัง n” | ||||
ตัวอย่างเช่น | x3 – 2×2 + 3x -4 = 0 | |||
4×2 + 4x +1 = 0 | ||||
2×4 -5×3 -x2 +3x -1 = 0 | ||||
• การแ้ก้สมการพหุนามเมื่อ n > 2 | ||||
สมการพหุนามกำลัง n ซึ่งอยู่ในรูป anxn + an-1xn-1 + an-2xn-2 + … + a1x + a0 = 0 เมื่อ n > 2 และ an, an-1, an-2 ,…, a1, a0 เป็นจำนวนจริง โดยที่ an ≠ 0 จะสามารถหาคำตอบของสมการพหุนามกำลัง n นี้ได้โดยใช้ทฤษฎีบทเศษเหลือช่วยในการแยกตัวประกอบ | ||||
ทฤษฎีบทเศษเหลือ | ||||
เมื่อ f(x) = anxn + an-1xn-1 + an-2xn-2 + … + a1x + a0 | ||||
โดย n > 2 และ an, an-1, an-2 ,…, a1, a0 เป็นจำนวนจริง และ an ≠ 0 | ||||
ถ้าหารพหุนาม f(x) ด้วยพหุนาม x – c เมื่อ c เป็นค่าคงตัวใดๆแล้ว เศษของ | ||||
การหารจะมีค่าเท่ากับ f(c) | ||||
|
||||
ทฤษฎีบทตัวประกอบ | ||||
เมื่อ f(x) = anxn + an-1xn-1 + an-2xn-2 + … + a1x + a0 | ||||
โดย n > 2 และ an, an-1, an-2 ,…, a1, a0 เป็นจำนวนจริง และ an ≠ 0 | ||||
พหุนาม f(x) นี้จะมี x – c เป็นตัวประกอบ ก็ต่อเมื่อ f(c) = 0 | ||||
|
||||
แสดงว่า x – c หาร f(c) ได้ลงตัว | ||||
นั่นคือ x – c เป็นตัวประกอบของ f(x) | ||||
ทฤษฎีบทตัวประกอบจำนวนตรรกยะ | ||||
เมื่อ f(x) = anxn + an-1xn-1 + an-2xn-2 + … + a1x + a0 | ||||
โดย n > 2 และ an, an-1, an-2 ,…, a1, a0 เป็นจำนวนจริง และ an ≠ 0 | ||||
ถ้า x -เป็นตัวประกอบของพหุนามของ f(x) โดยที่ m และ k เป็นจำนวนเต็ม |
สมบัติของการไม่เท่ากัน
บทนิยาม | a < b หมายถึง a น้อยกว่า b | |||||||||||||
a > b หมายถึง a มากกว่า b | ||||||||||||||
• สมบัติของการไม่เท่ากัน | ||||||||||||||
กำหนดให้ a, b, c เป็นจำนวนจริงใดๆ | ||||||||||||||
1. | สมบัติการถ่ายทอด ถ้า a > b และ b > c แล้ว a > c | |||||||||||||
2. | สมบัติการบวกด้วยจำนวนที่เท่ากัน ถ้า a > b แล้ว a + c > b+ c | |||||||||||||
3. | จำนวนจริงบวกและจำนวนจริงลบ | |||||||||||||
a เป็นจำนวนจริงบวก ก็ต่อเมื่อ a > 0 | ||||||||||||||
a เป็นจำนวนจริงลบ ก็ต่อเมื่อ a < 0 | ||||||||||||||
4. | สมบัติการคูณด้วยจำนวนเท่ากันที่ไม่เท่ากับศูนย์ | |||||||||||||
ถ้า a > b และ c > 0 แล้ว ac > bc | ||||||||||||||
ถ้า a > b และ c < 0 แล้ว ac < bc | ||||||||||||||
5. | สมบัติการตัดออกสำหรับการบวก ถ้า a + c > b + c แล้ว a > b | |||||||||||||
6. | สมบัติการตัดออกสำหรับการคูณ | |||||||||||||
ถ้า ac > bc และ c > 0 แล้ว a > b | ||||||||||||||
ถ้า ac > bc และ c < 0 แล้ว a < b | ||||||||||||||
บทนิยาม |
|
ช่วงของจำนวนจริงและการแก้อสมการ
กำหนดให้ a, b เป็นจำนวนจริง และ a < b | |
1. ช่วงเปิด (a, b) | |
(a, b) = { x | a < x < b } | |
2. ช่วงปิด [a, b] | |
[a, b] = { x | a ≤ x ≤ b } | |
3. ช่วงครึ่งเปิด (a, b] | |
(a, b] = { x | a < x ≤ b } | |
4. ช่วงครึ่งเปิด [a, b) | |
[a, b) = { x | a ≤ x < b } | |
5. ช่วง (a, ∞) | |
(a, ∞) = { x | x > a} | |
6. ช่วง [a, ∞) | |
[a, ∞) = { x | x ≥ a} | |
7. ช่วง (-∞, a) | |
(-∞, a) = { x | x < a} | |
8. ช่วง (-∞, a] | |
(-∞, a] = { x | x ≤ a} | |
• การแก้อสมการ | |
อสมการ คือ ประโยคสัญลักษณ์ที่กล่าวถึงความสัมพันธ์ของตัวแปร กับจำนวนใดๆ โดยใช้เครื่องหมาย ≠ , ≤ ,≥ , < , > , เป็นตัวระบุความสัมพันธ์ของตัวแปร และจำนวนดังกล่าว | |
คำตอบของอสมการ คือ ค่าของตัวแปรที่ทำให้อสมการเป็นจริง | |
เซตคำตอบของอสมการ คือ เซตของค่าตัวแปรทั้งหมดที่ทำให้อสมการเป็นจริง | |
หลักในการแก้อสมการเชิงเส้นตัวแปรเดียว | |
เราอาศัยสมบัติของการไม่เท่ากันในการแก้อสมการ เช่น | |
1. สมบัติการบวกด้วยจำนวนที่เท่ากัน | |
ถ้า a > b แล้ว a + c > b + c | |
2. สมบัติการคูณด้วยจำนวนที่เท่ากัน | |
ถ้า a > b และ c > 0 แล้ว ac > bc | |
ถ้า a > b และ c < 0 แล้ว ac < bc | |
ตัวอย่างที่ 1 | จงหาเซตคำตอบของ x + 3 > 12 | |||
วิธีทำ | x + 3 | > | 12 | |
∴ | x + 3 + (-3) | > | 12 + (-3) | |
x | > | 9 | ||
∴ | เซตคำตอบของอสมการนี้คือ (9, ∞) | |||
ตัวอย่างที่ 2 | จงหาเซตคำตอบของ 2x + 1 < 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
วิธีทำ | 2x + 1 | < | 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∴ | 2x + 1 + (-1) | < | 9 + (-1) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2x | < | 8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
< |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x | < | 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∴ | เซตคำตอบของอสมการนี้คือ (-∞, 4) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ตัวอย่างที่ 3 | จงหาเซตคำตอบของ 4x – 5 ≤ 2x + 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
วิธีทำ | 4x – 5 | ≤ | 2x + 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4x – 5 + 5 | ≤ | 2x + 5 + 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4x | ≤ | 2x + 10 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4x – 2x | ≤ | 2x + 10 – 2x | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2x | ≤ | 10 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
≤ |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x | ≤ | 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∴ | เซตคำตอบของอสมการนี้คือ (-∞, 5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ตัวอย่างที่ 4 | จงหาเซตคำตอบของ (x – 3)(x – 4) > 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
วิธีทำ | ถ้า (x – 3)(x – 4) | > | 0 แล้วจะได้ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x – 3 | > | 0 และ x – 4 > 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x | > | 3 และ x > 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∴ | เมื่อ x – 3 | > | 0 และ x – 4 < 0 แล้วจะได้ x > 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
หรือ x – 3 | < | 0 และ x – 4 < 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x | < | 3 และ x < 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∴ | x – 3 | < | 0 และ x – 4 < 0 แล้วจะได้ x < 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
นั่นคือ เซตคำตอบของ (x – 3)(x – 4) > 0 คือ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
{ x | x < 3 หรือ x > 4 } = (-∞, 3 ) ∪ (4, ∞ ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
จากตัวอย่างที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น สรุปเป็นหลักในการแก้อสมกาีได้ดังนี้ | ||
กำหนดให้ x, a, b เป็นจำนวนจริง และ a < b แล้ว | ||
1. ถ้า (x – a)(x – b) > 0 จะได้ x < a หรือ x > b | ||
2. ถ้า (x – a)(x – b) < 0 จะได้ a < x < b | ||
3. ถ้า (x – a)(x – b) ≥ 0 จะได้ x ≤ a หรือ x ≥ b | ||
4. ถ้า (x – a)(x – b) ≤ 0 จะได้ a ≤ x ≤ b | ||
5. ถ้า | > 0 จะได้ x < a หรือ x > b | |
6. ถ้า | < 0 จะได้ a < x < b | |
7. ถ้า | ≥ 0 จะได้ x ≤ a หรือ x > b | |
8. ถ้า | ≤ 0 จะได้ a ≤ x < b | |
หรือ สามารถสรุปได้ดังตารางต่อไปนี้ |
ค่าสัมบูรณ์
บทนิยาม กำหนดให้ a เป็นจำนวนจริง | |
นั่นคือ ค่าสัมบูรณ์ของจำนวนจริงใดๆ ต้องมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับศูนย์เสมอ | |
• สมบัติของค่าสัมบูรณ์ | |
1. |x| = |-x| | |
2. |xy| = |x||y| |
สรุป
1. จำนวนอตรรกยะ หมายถึง จำนวนที่ไม่สามารถเขียนให้อยู่ในรูปเศษส่วนของ จำนวนเต็ม หรือทศนิยมซ้ำได้ ตัวอย่างเช่น √2 , √3, √5, -√2, – √3, -√5 หรือ ¶ ซึ่งมีค่า 3.14159265… |
||||||
2. จำนวนตรรกยะ หมายถึง จำนวนที่สามารถเขียนให้อยู่ในรูปเศษส่วนของ จำนวนเต็มหรือทศนิยมซ้ำได้ ตัวอย่างเช่น |
||||||
• ระบบจำนวนตรรกยะ | ||||||
จำนวนตรรกยะยังสามารถแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ | ||||||
1. จำนวนตรรกยะที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม หมายถึง จำนวนที่สามารถเขียนให้อยู่ ในรูปเศษส่วนหรือทศนิยมซ้ำได้ แต่ไม่เป็นจำนวนเต็ม ตัวอย่างเช่น |
||||||
2. จำนวนเต็ม หมายถึง จำนวนที่เป็นสมาชิกของเซต I = {…, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, …} เมื่อกำหนดให้ I เป็นเซตของจำนวนเต็ม | ||||||
• ระบบจำนวนเต็ม | ||||||
จำนวนเต็มยังสามารถแบ่งได้อีกเป็น 3 ประเภทด้วยกัน | ||||||
1. จำนวนเต็มลบ หมายถึง จำนวนที่เป็นสมาชิกของเซต I – โดยที่ I – = {…, -4, -3, -2, -1} เมื่อ I – เป็นเซตของจำนวนเต็มลบ |
||||||
2. จำนวนเต็มศูนย์ (0) | ||||||
3. จำนวนเต็มบวก หมายถึง จำนวนที่เป็นสมาชิกของเซต I+ โดยที่ I+ = {1, 2, 3, 4, …} เมื่อ I+ เป็นเซตของจำนวนเต็มบวก |
||||||
จำนวนเต็มบวก เรียกได้อีกอย่างว่า “จำนวนนับ” ซึ่งเขียนแทนเซตของ จำนวนนับได้ด้วยสัญลักษณ์ N โดยที่ N = I+ = {1, 2, 3, 4, …} ในทางคณิตศาสตร์ “…ตรรกยะ” หมายถึง เราจำกัดขอบเขตให้อยู่ในระบบจำนวน
ตรรกยะเท่านั้น เช่น พหุนามตรรกยะ เซตของจำนวนตรรกยะทั้งหมดเราใช้สัญลักษณ์ Q หรือตัวใหญ่บนกระดานดำ
โดยใช้เซตเงื่อนไข ได้ดังนี้
|