Перегляд вихідного коду сторінки Дійсне число

{{unibox}}[[Файл:Real number line.svg|thumb|350px|[[Числова пряма]]]]
'''Дійсні числа'''&nbsp;— елементи [[Система числення|числової системи]], яка містить у собі [[раціональні числа]] і, в свою чергу, є підмножиною [[комплексні числа|комплексних чисел]]. Математична [[абстракція]], яка виникла з потреб [[вимірювання]] [[Геометрія|геометричних]] і [[Фізика|фізичних]] величин навколишнього світу, а також виконання таких математичних операцій як добування [[Квадратний корінь|кореня]], обчислення [[логарифм]]ів, розв'язування [[Алгебраїчне рівняння|алгебраїчних рівнянь]].

Наочно поняття дійсного числа можна уявити за допомогою ''[[Числова пряма|числової прямої]]''. Якщо на прямій обрати напрям, початкову точку та одиницю довжини для вимірювання відрізків, то кожному дійсному числу можна поставити у відповідність єдину точку на цій прямій, і навпаки, кожна точка представлятиме єдине дійсне число. Через цю відповідність, термін числова пряма зазвичай використовується як синонім множини дійсних чисел.

Множину дійсних чисел стандартно позначають <math>\R</math> чи <big>'''R'''</big> (від {{lang-en|real}}, {{lang-de|reel}}).

З погляду сучасної математики, множина дійсних чисел утворює [[аксіома неперервності|неперервне]] [[впорядковане поле]]. Це означає, що дійсні числа можна [[додавання|додавати]], [[віднімання|віднімати]], [[множення|множити]] та [[ділення|ділити]] (окрім [[ділення на нуль]]), і для них справджуються всі звичні властивості арифметичних дій ([[комутативність]] і [[асоціативність]] додавання та множення, [[дистрибутивність]] додавання та віднімання відносно множення тощо), їх можна порівнювати між собою (відомо котре з двох дійсних чисел більше, а котре менше чи вони рівні між собою), а також, що на числовій прямій немає «дірок»&nbsp;— між будь-якими дійсними числами знайдеться дійсне число.

== Історія виникнення поняття дійсного числа ==
[[Файл:Latex real numbers square.svg|thumb|100px|праворуч|Символ яким найчастіше позначають множину '''дійсних чисел''']]

=== «Наївна» теорія дійсних чисел ===
Перша розвинена [[Система числення|числова система]], побудована в [[Стародавня Греція|Стародавній Греції]], містила лише [[натуральні числа]] і їх відношення ([[пропорція|пропорції]], в сучасному розумінні&nbsp;— додатні [[Раціональне число|раціональні числа]]). Однак з'ясувалось, що для задач геометрії і астрономії їх недостатньо: наприклад, відношення довжини [[Діагональ|діагоналі]] [[квадрат]]а до довжини його сторони (яке [[Квадратний корінь з двох|дорівнює <math>\sqrt{2}</math>]]) не може бути представлено ні натуральним, ні раціональним числом<ref>{{книга |автор=[[Ніколя Бурбакі|Бурбаки Н.]]. |заголовок=Архитектура математики. Очерки по истории математики  |сторінки=147 }}</ref>.

Щоб якось вийти з положення [[Евдокс Кнідський]] ввів, в доповнення до чисел, більш широке поняття [[Величина|''геометричної величини'']], тобто довжини відрізка, площі чи об'єму. Теорія Евдокса дійшла до нас у працях [[Евклід]]а ([[Начала Евкліда|«Начала»]], книга V). По суті, теорія Евдокса&nbsp;— це геометрична модель дійсних чисел. З сучасної точки зору, при такому підході число є ''відношення'' двох однорідних величин&nbsp;— наприклад, досліджуваної і одиничного еталону. Однак потрібно зауважити, що Евдокс не розглядав таке відношення саме як число; через це в «Началах» багато теорем про властивості чисел потім заново доводяться для величин. Класична теорія [[Ріхард Дедекінд|Дедекінда]] побудови дійсних чисел за своїми принципами дуже подібна на викладки Евдокса. Але модель Евдокса неповна в багатьох відношеннях&nbsp;— наприклад, вона не містить [[аксіома неперервності|аксіоми неперервності]], немає загальної теорії арифметичних операцій для величин чи їх відношень та ін.<ref>{{книга |заголовок=История математики |том=I |сторінки=96-101 }}</ref>

В перші століття н.&nbsp;е. ситуація стала змінюватись. Вже [[Діофант Александрійський]], всупереч попереднім традиціям, розглядає дроби так, як і натуральні числа, а в IV книзі «Арифметика» навіть стверджує: «Число виявляється не раціональним»<ref name=B150>{{книга |автор=[[Ніколя Бурбакі|Бурбаки Н.]]. |заголовок=Архитектура математики. Очерки по истории математики  |сторінки=150-151 }}</ref>. Після розпаду античної науки на перший план вийшли індійські та ісламські математики, для яких будь-який результат вимірювання чи обчислення вважався числом. Ці погляди поступово стали домінуючими і в середньовічній Європі<ref>{{книга |заголовок=История математики |том=I |сторінки=190-191, 304-305 }}</ref>, де спочатку розділяли раціональні і [[ірраціональне число|''ірраціональні'']] (буквально: нерозумні) числа (їх називали також уявними, абсурдними, глухими і&nbsp;т. п.). Повне зрівняння в правах ірраціональних чисел пов'язане з працями [[Сімон Стевін|Сімона Стевіна]] (кінець XVI століття)<ref name=B150/>. Він же, з деякими зауваженнями, легалізував [[від'ємні числа]], а також розвинув теорію і символіку [[Десятковий дріб|десяткових дробів]].

Через століття [[Ісаак Ньютон|Ньютон]] у своїй «[[Універсальна арифметика|Універсальній арифметиці»]] ([[1707]]) дає класичне означення (дійсного) числа як відношення результату вимірювання до одиничного еталону<ref>{{книга |заголовок=История математики |том=II |сторінки=35 }}</ref>.
Тривалий час це прикладне означення вважалось достатнім, так що важливі для практики властивості дійсних чисел і функцій не доводились, а вважались інтуїтивно очевидними (із геометричних чи [[Кінематика|кінематичних]] міркувань). Строге визначення поняття неперервності також було відсутнім<ref>{{книга |автор=[[Ніколя Бурбакі|Бурбаки Н.]]. |заголовок=Архитектура математики. Очерки по истории математики  |сторінки=154 }}</ref>. Як наслідок, багато теорем містили помилки, нечіткі або надто загальні формулювання.

Навіть після того, як [[Огюстен Коші|Коші]] розробив достатньо строгий фундамент [[Математичний аналіз|математичного аналізу]], ситуація не змінилась, оскільки теорії дійсних чисел, на яку повинен був опиратися аналіз, не існувало. Через це Коші зробив немало помилок, поклавшись на інтуїцію там, де вона приводила до неправильних висновків: наприклад, він вважав, що сума ряду із [[Неперервна функція|неперервних функцій]] завжди неперервна.

=== Створення строгої теорії ===
[[Файл:Bernard Bolzano.jpg|міні|праворуч|200пкс|Бернард Больцано]]
Першу спробу заповнити цю прогалину в основах математики зробив [[Бернард Больцано]] у [[1817]] році. В його роботі ще немає цілісної системи дійсних чисел, але вже наводиться сучасне означення неперервності<ref>{{книга |заголовок=Хрестоматия по истории математики. Математический анализ. Теория вероятностей |видання=Под ред.  Юшкевича А. П. |місто=М. |видавництво=Просвещение |рік=1977 |сторінок=224 |сторінки=171-178 }}</ref>. В пізнішій праці<ref>''Бернард Больцано.''[http://bbi-math.narod.ru/bolzano/p0000.html Парадоксы бесконечного.] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140413155658/http://bbi-math.narod.ru/bolzano/p0000.html |date=13 квітня 2014 }}</ref> Больцано наводить начерк загальної теорії дійсних чисел, за ідеями близький до [[Георг Кантор|канторовської]] [[Теорія множин|теорії множин]]<ref>''Рыхлик Карел.'' Теория вещественных чисел в рукописном наследии Больцано // ИМИ, 1958. №&nbsp;11. С. 515–532.</ref>, але ця його робота не була надрукована за життя автора і побачила світ лише в 1851 році. Погляди Больцано значно випередили свій час і залишились без належної уваги математичного товариства.

Сучасна теорія дійсних чисел була побудована у другій половині XIX століття, в першу чергу працями [[Карл Вейєрштрасс|Вейєрштрасса]], [[Ріхард Дедекінд|Дедекінда]] і [[Георг Кантор|Кантора]]. Вони запропонували різні, але еквівалентні підходи до теорії цієї важливої математичної структури і остаточно відділили це поняття від геометрії і механіки.

== Конструктивні способи побудови дійсних чисел ==
При конструктивному визначенні поняття дійсного числа, на основі відомих математичних об'єктів (наприклад, множини [[Раціональне число|раціональних чисел]] <math>\mathbb{Q}</math>), які вважаються заданими, будують нові об'єкти, які, в певному значенні, відтворюють наше інтуїтивне розуміння дійсного числа. Вагомою відмінністю між дійсними числами і цими побудованими об'єктами є те, що перші, на відміну від других, розуміються нами лишень інтуїтивно і ''поки що'' не є строго визначеним математичним поняттям.

Ці об'єкти і називають дійсними числами. Для них вводять основні [[арифметичні операції]], визначають [[відношення порядку]] і доводять їх властивості.

Історично першими строгими визначеннями дійсного числа були саме конструктивні визначення. В 1872 році були одночасно опубліковані три роботи: теорія фундаментальних послідовностей [[Георг Кантор|Кантора]], теорія [[Карл Вейєрштрасс|Вейєрштрасса]] (в сучасному варіанті&nbsp;— теорія нескінченних десяткових дробів) і теорія перерізів в області раціональних чисел [[Ріхард Дедекінд|Дедекінда]]<ref>{{книга
 |автор         = Рыбников К. А.
 |заголовок     = История математики
 |том           = 2
 |рік           = 1963
 |сторінки      = 196
}}</ref>.

=== Теорія нескінченних десяткових дробів ===

Дійсне число позначається як ''нескінченний [[десятковий дріб]]'', тобто вираз вигляду
{{center|<math>
\pm \,a_0,a_1 a_2 \ldots a_n \ldots
</math>}}
де <math>\pm</math> є одним із символів <math>+</math> або <math>-</math>, який називається знаком числа, <math>a_0</math>&nbsp;— ціле невід'ємне число, <math>a_1, a_2, \ldots a_n, \ldots</math>&nbsp;— послідовність десяткових знаків, тобто елементів числової множини <math>\{0, 1, \ldots, 9\}</math>.

Нескінченний десятковий дріб інтерпретується як таке число, яке на числовій прямій лежить між ''раціональними'' точками вигляду
{{center|
<math>\pm a_0,a_1 a_2 \ldots a_n</math> і <math>\pm \left ( a_0,a_1 a_2 \ldots a_n + 10^{-n} \right )</math>
для всіх <math>n=0, 1, 2, \ldots</math>
}}

Порівняння дійсних чисел в формі нескінченних десяткових дробів проводиться по [[Розряд (математика)|розрядах]]. Наприклад, нехай задано два невід'ємних числа
{{center|<math>
\begin{matrix}
\alpha & = + a_0, a_1 a_2 \ldots a_n \ldots \\
\beta & = + b_0, b_1 b_2 \ldots b_n \ldots
\end{matrix}
</math>}}
Якщо <math>a_0 < b_0</math>, то <math>\alpha <\beta</math>; якщо <math>a_0 > b_0</math>, то <math>\alpha > \beta</math>. У випадку рівності <math>a_0 = b_0</math> переходять до порівняння наступного розряду. І так далі. Якщо <math>\alpha \neq \beta</math>, то після скінченного числа кроків зустрінеться розряд <math>n</math> такий, що <math>a_n \neq b_n</math>. Якщо <math>a_n < b_n</math>, то <math>\alpha <\beta</math>; якщо <math>a_n > b_n</math>, то <math>\alpha > \beta</math>.

Але при цьому треба враховувати, що число <math>a_0,a_1 a_2 \ldots a_n (9) = a_0,a_1 a_2 \ldots a_n + 10^{-n}</math><ref>дійсне число може бути записане у вигляді десяткового дробу не єдиним чином</ref>. Тому, якщо запис одного із порівнюваних чисел, починаючи з деякого розряду, є періодичним десятковим дробом, у якого в періоді стоїть 9, то його слід замінити на еквівалентний запис, з нулем в періоді.
 
Арифметичні операції над нескінченними десятковими дробами визначаються як ''неперервне продовження''<ref>Оскільки на множині дійсних чисел вже введено відношення лінійного порядку, то ми можемо означити топологію числової прямої: як відкриті множини візьмемо всі можливі об'єднання інтервалів вигляду <math>\{x: \alpha < x < \beta\}</math></ref> відповідних операцій над раціональними числами. Наприклад, сумою дійсних чисел <math>\alpha</math> і <math>\beta</math> назвемо дійсне число <math>\alpha + \beta</math>, яке задовольняє наступну умову:
{{center|<math>
\forall a', a'', b', b'' \in \mathbb{Q} \quad (a' \leqslant \alpha \leqslant a'') \land (b' \leqslant \beta \leqslant b'') \Rightarrow (a' + b' \leqslant \alpha + \beta \leqslant a'' + b'')
</math>}}
Аналогічно визначається операція множення нескінченних десяткових дробів.

=== Теорія перерізів в області раціональних чисел ===
{{main|Переріз Дедекінда}}
Згідно з підходом Дедекінда дійсні числа визначаться за допомогою перерізів на множині раціональних чисел.

''Перерізом'' на множині раціональних чисел <math>\mathbb{Q}</math> називається будь-яке розбиття сукупності всіх раціональних чисел на два непорожніх ''класи''&nbsp;— ''нижній'' <math>A</math> та ''верхній'' <math>A'</math> так, що кожне число із нижнього класу строго менше будь-якого числа із верхнього:
{{center|
<math> \mathbb{Q} = A \cup A' \quad \land \quad  A, A' \neq \varnothing  \quad \land \quad  \forall a \in A, \forall a' \in A' \quad (a < a')</math>
}}

Якщо існує число <math>\alpha</math>, яке є максимальним у нижньому класі, або мінімальним у верхньому класі, то це число ''розділяє'' множини <math>A</math> і <math>A'</math>: числа нижнього і верхнього класів лежать по різні сторони від <math>\alpha</math>. Кажуть також, що раціональне число <math>\alpha</math> ''призводить'' до заданого перерізу множини раціональних чисел.

Якщо ж у нижньому класі перерізу немає максимального елемента, а в верхньому&nbsp;— мінімального, то не існує ніякого раціонального числа, яке б розділяло множини <math>A</math> і <math>A'</math>. В цьому випадку за означенням вважають, що цей переріз ''визначає'' деяке ''ірраціональне число'' <math>\alpha</math>, яке знаходиться між нижнім і верхнім класами, і тим самим призводить до заданого перерізу. Інакше кажучи, для довільного перерізу, до якого не призводить жодне ''раціональне'' число, вводять новий об'єкт&nbsp;— ''ірраціональне'' число, яке за означенням більше довільного числа із нижнього класу і менше будь-якого числа із верхнього класу:
{{center|
<math>\forall a \in A,\quad \forall a' \in A' \quad a < \alpha < a'</math>
}}

Об'єднання всіх раціональних і всіх ірраціональних чисел називають ''множиною дійсних чисел'', а його елементи&nbsp;— ''дійсними числами''.

Арифметичні операції над дійсними числами визначаються як ''неперервне продовження'' відповідних операцій над раціональними числами, так само як у теорії нескінченних десяткових дробів. Наприклад, сумою дійсних чисел <math>\alpha</math> і <math>\beta</math> називається дійсне число <math>\alpha + \beta</math>, яке задовольняє наступну умову:
{{center|<math>
\forall a', a'', b', b'' \in \mathbb{Q} \quad (a' \leqslant \alpha \leqslant a'') \land (b' \leqslant \beta \leqslant b'') \Rightarrow (a' + b' \leqslant \alpha + \beta \leqslant a'' + b'')
</math>}}

=== Теорія фундаментальних послідовностей Кантора ===

У підході Кантора дійсне число розглядається як [[границя числової послідовності]] раціональних чисел. Для того, щоб послідовність раціональних чисел збігалась, на неї накладається ''[[Фундаментальна послідовність|умова Коші]]'':
{{center|<math>
\forall \varepsilon > 0 \; \exists N(\varepsilon): \; \forall n > N(\varepsilon) \; \forall m > 0 \quad| a_{n+m} - a_n | < \varepsilon
</math>}}
Суть цієї умови в тому, для будь-якої заданої відстані, існує такий номер елемента послідовності після якого члени послідовності будуть розташовані один від одного на відстані, меншій цієї заданої відстані. Послідовності, які задовольняють умову Коші, називаються ''фундаментальними''.

Дійсне число, яке визначається фундаментальною послідовністю раціональних чисел <math>\{a_n\}</math>, позначимо <math>[a_n]</math>.

Два дійсних числа
{{center|
<math>\alpha = [a_n]</math> і <math>\beta = [b_n]</math>,
}}
визначені відповідно фундаментальними послідовностями <math>\{a_n\}</math> і <math>\{b_n\}</math>, називаються [[Відношення еквівалентності|''рівними'']], якщо
{{center|<math>
\lim_{n \to \infty} \left ( a_n - b_n\right ) = 0
</math>}}

Якщо задані два дійсних числа <math>\alpha = [a_n]</math> і <math>\beta = [b_n]</math>, то їх сумою і добутком називаються числа, визначені відповідно сумою і добутком послідовностей <math>\{a_n\}</math> і <math>\{b_n\}</math>:
{{center|<math>
\alpha + \beta\, \overset{\text{def}}{=}\, [a_n + b_n] \qquad \alpha \cdot \beta \, \overset{\text{def}}{=}\, [a_n \cdot b_n]
</math>}}

[[Частково впорядкована множина|Відношення порядку]] на множині дійсних чисел встановлюється за допомогою такої домовленості: число <math>\alpha=[a_n]</math> ''за означенням'' більше числа <math>\beta=[b_n]</math>, тобто <math>\alpha > \beta</math>, якщо
{{center|<math>
\exists \varepsilon > 0 \; \exists N: \; \forall n > N \; a_n \geqslant b_n + \varepsilon
</math>}}

Спосіб побудови множини дійсних чисел за допомогою фундаментальних послідовностей раціональних чисел є частковим випадком побудови ''поповнення'' довільного [[Метричний простір|метричного простору]]. Як і в загальному випадку, отримана в результаті поповнення множина дійсних чисел вже є ''повною'', тобто містить в собі границі всіх фундаментальних послідовностей своїх елементів.
{{Hider|
  title = Альтернативні поповнення раціональних чисел |
  hidden = 1 |
  title-style = text-align: left; |
  content-style = text-align: left; |
  content =
У теорії Кантора множина дійсних чисел будується у вигляді поповнення множини раціональних чисел, розглянутої у вигляді метричного простору з метрикою, яка породжена нормою, що є [[Абсолютна величина|абсолютною величиною]] (модулем) числа. Однак множина раціональних чисел може бути поповнена і за іншою нормою, зокрема, за так званою [[p-адичне число|p-адичною нормою]], де p&nbsp;— просте число. Замикання множини раціональних чисел за p-адичною нормою утворює поле p-адичних чисел, яке не [[ізоморфізм|ізомрофне]] до поля дійсних чисел і володіє зовсім відмінними від дійсних чисел властивостями (математично не збігається з дійсними числами).
Більше того, за [[Теорема Островського|теоремою Островського]] будь-яка норма, задана на множині раціональних чисел є еквівалентною або до p-адичної норми, або до абсолютної величини. Тобто ''інших поповнень множини раціональних чисел, крім дійсних та p-адичних чисел не існує''.
}}

== Аксіоматика множини дійсних чисел ==
Побудувати множину дійсних чисел можна різними способами. В теорії Кантора дійсні числа&nbsp;— класи еквівалентних фундаментальних послідовностей раціональних чисел, в теорії Вейєрштрасса&nbsp;— нескінченні десяткові дроби, в теорії Дедекінда&nbsp;— перерізи в області раціональних чисел. У всіх цих підходах в результаті отримуємо деяку множину об'єктів (дійсних чисел), які наділені певними властивостями: їх можна додавати, множити, порівнювати між собою. Більш того, оскільки встановлені властивості цих об'єктів, то можна більше не апелювати до тих конкретних конструкцій, з допомогою яких вони були побудовані.

В [[математика|математиці]] важлива не конкретна природа об'єктів, а тільки математичні співвідношення, які існують між ними.

Іншими словами, саме поняття дійсного числа визначається існуючими для нього математичними співвідношеннями. Якщо вони встановлені, то визначено і поняття дійсного числа. В цьому і полягає аксіоматичний підхід до означення дійсного числа, як множини елементів, які володіють деякими наперед заданими властивостями. А класи фундаментальних послідовностей раціональних чисел, нескінченні десяткові дроби, перерізи в області раціональних чисел є лиш конкретними реалізаціями, моделями дійсного числа.

Отже

''Множина <math>\R</math> називається множиною дійсних чисел, а її елементи&nbsp;— дійсними числами, якщо виконаний певний комплекс умов, який називається [[аксіома]]ми дійсних чисел:''

=== Аксіоми поля ===
{{Main| Поле (алгебра)}}
На множині <math>\R</math> визначено [[відображення]] (''[[бінарна операція|операція]] додавання'')
{{center|
<math>+ : \R \times \R \to \R</math>
}}
яка кожній впорядковані парі елементів <math>a, b</math> з <math>\R</math> ставить у відповідність деякий елемент <math>c</math> з тієї ж множини <math>\R</math>, який називається ''сумою'' елементів <math>a</math> і <math>b</math> (<math>a+b</math> еквівалентний запис елемента <math>c</math> множини <math>\R</math>,
<math>c=a+b</math>).

Також, на множині <math>\R</math> визначено відображення (''операція множення'')
{{center|
<math>\cdot : \R \times \R \to \R</math>
}}
яке кожній впорядкованій парі елементів <math>a, b</math> із <math>\R</math> ставить у відповідність деякий елемент <math>a \cdot b</math>, який називається ''добутком'' <math>a</math> і <math>b</math>.

При цьому виконуються такі властивості:

: <math>\text{I}_{1}. </math> ''[[Комутативність]] додавання.'' Для довільних <math>a, b \in \R</math>
{{center|<math>
a + b = b + a
</math>}}

: <math>\text{I}_{2}.</math> ''[[Асоціативність]] додавання.'' Для довільних <math>a, b, c \in \R</math>
{{center|<math>
a + (b + c) = (a + b) + c
</math>}}

: <math>\text{I}_{3}.</math> ''Існування [[Нейтральний елемент|нейтрального елемента]] відносно додавання.'' Існує елемент <math>0 \in \R</math>, який називається ''нулем'', такий, що для довільного <math>a \in \R</math>
{{center|<math>
a + 0 = a
</math>}}

: <math>\text{I}_{4}.</math> ''Існування [[Обернений елемент|оберненого елемента]] відносно додавання.'' Для довільного <math>a \in \R</math> існує елемент <math>-a \in \R</math>, який називається ''протилежним'' до <math>a</math>, такий, що
{{center|<math>
a + (-a) = 0
</math>}}

: <math>\text{I}_{5}.</math> ''Комутативність множення.'' Для довільних <math>a, b \in \R</math>
{{center|<math>
a \cdot b = b \cdot a
</math>}}

: <math>\text{I}_{6}.</math> ''Асоціативність множення.'' Для довільних <math>a, b, c \in \R</math>
{{center|<math>
a \cdot (b \cdot c) = (a \cdot b) \cdot c
</math>}}

: <math>\text{I}_{7}.</math> ''Існування нейтрального елемента відносно множення.'' Існує елемент <math>1 \in R</math>, який називається ''одиницею'', такий, що для довільного <math>a \in R</math>
{{center|<math>
a \cdot 1 = a
</math>}}

: <math>\text{I}_{8}.</math> ''Існування оберненого елемента відносно множення.'' Для довільного <math>a \in \R, a \neq 0,</math> існує елемент <math>a^{-1} \in \R</math>, який також позначається <math>1 / a</math> і називається ''оберненим'' до <math>a</math>, такий, що
{{center|<math>
a \cdot a^{-1} = 1
</math>}}

: <math>\text{I}_{9}.</math> ''[[Дистрибутивний закон]] множення відносно додавання (правило розкриття дужок).'' Для довільних <math>a, b, c \in \R</math>
{{center|<math>
a \cdot (b + c) = a \cdot b + a \cdot c
</math>}}

: <math>\text{I}_{10}.</math> ''Нетривіальність поля. '' ''Одиниця'' і ''нуль''&nbsp;— різні елементи <math>\R</math>:
{{center|
<math>1 \neq 0</math>
}}

На основі операцій додавання та множення вводять додаткові операції на множині дійсних чисел
{{center|
<math>a-b \; \overset{\text{def}}{=} \; a +(-b)</math>

<math>\frac{a}{b} \; \overset{\text{def}}{=} \; a\cdot b^{-1}</math>
}}
Тобто ''віднімання'' деякого числа <math>b</math> це додавання протилежного до <math>b</math> елемента, а ''ділення'' на <math>b</math>&nbsp;— множення на обернений елемент до <math>b</math>.

=== Аксіоми порядку ===
{{Main| Лінійно впорядкована множина}}
{{Main| Впорядковане поле}}
Між елементами <math>\R</math> визначено відношення порядку <math>\leqslant</math>, тобто для довільної впорядкованої пари елементів <math>a,b</math> із <math>\R</math> встановлено, чи виконується відношення <math>a \leqslant b</math> чи не виконується. При цьому справджуються такі властивості:

: <math>\text{II}_{1}.</math> ''[[Рефлексивність]].'' Для довільного <math>a \in \R</math>
{{center|
<math>a \leqslant a</math>
}}

: <math>\text{II}_{2}.</math> ''[[Антисиметричність]].'' Для довільних <math>a, b \in \R</math>
{{center|
<math>(a \leqslant b) \land (b \leqslant a) \Rightarrow (a = b)</math>
}}

: <math>\text{II}_{3}.</math> ''[[Транзитивність]].'' Для довільних <math>a, b, c \in \R</math>
{{center|
<math>(a \leqslant b) \land (b \leqslant c) \Rightarrow (a \leqslant c)</math>
}}

: <math>\text{II}_{4}.</math> ''Лінійна впорядкованість.'' Для довільних <math>a, b \in \R</math>
{{center|
<math>(a \leqslant b) \lor (b \leqslant a)</math>
}}

: <math>\text{II}_{5}.</math> ''Зв'язок між додаванням і порядком.'' Для довільних <math>a, b, c \in \R</math>
{{center|
<math>(a \leqslant b) \Rightarrow (a + c \leqslant b + c)</math>
}}

: <math>\text{II}_{6}.</math> ''Зв'язок між множенням і порядком.'' Для довільних <math>a, b \in \R</math>
{{center|
<math>(0 \leqslant a) \land (0 \leqslant b)\Rightarrow (0 \leqslant a \cdot b)</math>
}}

На основі відношення порядку <math>\leqslant</math> означують інші відношення між дійсними числами:
{{center|
<math>(b\geqslant a) \; \overset{\text{def}}{\Leftrightarrow} \; (a \leqslant b)</math>

<math>(a<b) \; \overset{\text{def}}{\Leftrightarrow} \; (a \leqslant b)\land (a\neq b)</math>

<math>(b>a) \; \overset{\text{def}}{\Leftrightarrow} \; (a < b)</math>
}}

Також, для довільного впорядкованого поля можна ввести поняття абсолютної величини його елементів.
Для довільного дійсного числа <math>a</math> дійсне число, яке позначається <math>|a|</math> і визначене формулою
{{center|<math>|a|=\left\{\begin{array}{ll}a, &  a\geqslant 0,\\-a, &  a< 0,\end{array}\right.</math>}}
називається ''абсолютною величиною'' або ''модулем'' числа <math>a</math>.

=== [[Аксіома неперервності|Аксіоми неперервності]] ===
: <math>\text{III}_{1}.</math> Які б не були непорожні множини <math>A \subset \mathbb{R}</math> і <math>B \subset \mathbb{R}</math> такі, що для довільних двох елементів <math>a \in A</math> і <math>b \in B</math> виконується нерівність <math>a \leqslant b</math>, існує таке число <math>\xi \in \R</math>, що для всіх <math>a \in A</math> і <math>b \in B</math> виконуються нерівності
{{center|<math>a \leqslant \xi \leqslant b</math>}}

Аксіома <math>\text{III}_{1}</math> може бути замінена на наступні два твердження:

: <math>\text{III}_{1}'.</math> ''[[Аксіома Архімеда]].'' Нехай <math>a,b\in \mathbb{R},\,a > 0</math> і <math>b > 0</math>. Тоді взявши елемент <math>a</math> доданком достатню кількість разів, можна перевершити <math>b</math>:
{{center|
<math>a + a + \ldots + a > b</math>
}}

Поле для якого виконується аксіома Архімеда називається ''архімедовим''. Прикладом неархімедового поля є, наприклад, [[p-адичне число|поле p-адичних чисел]].

: <math>\text{III}_{2}'.</math> ''Аксіома повноти (в сенсі Гільберта).'' Систему <math>\R</math> неможливо розширити до жодної іншої системи <math>\R^{*}</math> так, щоб при збереженні попередніх відношень між елементами <math>\R</math>, для <math>\R^{*}</math> виконувались би всі аксіоми <math>\text{I}</math>—<math>\text{II}</math>, <math>\text{III}_{1}'.</math>.

Цих аксіом достатньо, щоб строго вивести всі відомі властивості дійсних чисел. Множина елементів, для яких виконуються наведені вище аксіоми називається '''неперервним впорядкованим полем'''.

=== Наслідки з аксіом множини дійсних чисел ===

* (''єдиність нуля'') <math>\exists ! \, 0\in \mathbb{R}</math>

* (''єдиність протилежного елемента'') <math>\forall a\in \mathbb{R} \quad\exists ! \, (-a)\in \mathbb{R}</math>

* <math>\forall a,b\in \mathbb{R}  \quad \exists ! \, x\in \mathbb{R} \quad \Rightarrow \quad a+x=b</math>

* (''єдиність одиниці'') <math>\exists ! \, 1\in \mathbb{R}</math>

* (''єдиність оберненого елемента'') <math>\forall a\in \mathbb{R}\setminus\{0\} \quad \exists ! \, a^{-1}\in \mathbb{R}</math>

* <math>\forall a\in \mathbb{R}\setminus\{0\} \quad \forall b\in \mathbb{R} \quad \exists ! \, x\in \mathbb{R} \quad \Rightarrow \quad a\cdot x=b </math>

* <math>\forall a \in \R \quad a\cdot 0=0 </math>

* <math>\forall a,b \in \R \quad a\cdot b=0 \quad \Rightarrow \quad (a=0)\lor(b=0) </math>

* <math>\forall a \in \R \quad (-1)\cdot a = -a </math>

* <math>\forall a \in \R \quad (-1)\cdot (-a) = a </math>

* <math>\forall a \in \R \quad (-a)\cdot (-a)=a\cdot a </math>

* Для довільних <math>a,b \in \R</math> виконується одне і лише одне зі співвідношень
: <math>1) a<b; \quad 2)a=b; \quad 3) a>b.</math>

* <math>\forall a,b,c \in\mathbb{R}\quad (a<b)\land (b\leqslant c) \Rightarrow (a<c)</math>

* <math>\forall a,b,c \in\mathbb{R}\quad (a<b)\land (b<c) \Rightarrow (a<c)</math>

* <math>\forall a,b,c \in\mathbb{R}\quad (a<b) \Rightarrow (a+c<b+c)</math>

* <math>\forall a,b,c,d \in\mathbb{R}\quad (a\leqslant b)\land (c\leqslant d) \Rightarrow (a+c\leqslant b+d)</math>

* <math>\forall a,b,c,d \in\mathbb{R}\quad (a\leqslant b)\land (c< d) \Rightarrow (a+c< b+d)</math>

* <math>\forall a \in\mathbb{R} \quad (0<a) \Rightarrow (-a<0)</math>

* <math> (0<a)\land (0<b) \Rightarrow (0<a\cdot b)</math>

* <math> (a<0)\land (b<0) \Rightarrow (a\cdot b>0)</math>

* <math> (a<0)\land (0<b) \Rightarrow (a\cdot b<0)</math>

* <math> (a<b)\land (0<c) \Rightarrow (a\cdot c < b\cdot c)</math>

* <math> (a<b)\land (c<0) \Rightarrow (a\cdot c > b\cdot c)</math>

* <math> (0<1)</math>

* <math> (0<a)\Rightarrow (0<a^{-1})</math>

{{Hider|
  title = Доведення деяких з наслідків |
  hidden = 1 |
  title-style = text-align: left; |
  content-style = text-align: left; |
  content =

'''Приклад 1'''. Єдиність нуля. Припустимо, що існують два нулі <math>0_1</math> та <math>0_2</math>, <math>0_1\neq 0_2</math>.
Оскільки елемент <math>0_1</math> є нулем, то
<center>
<math>0_2+0_1=0_2,</math>
</center>
а оскільки елемент <math>0_2</math> також є нулем, то
<center>
<math>0_1+0_2=0_1.</math>
</center>
Тоді, враховуючи аксіому <math>\text{I}_{3}</math>, отримуємо
<center>
<math>0_1=0_1+0_2=0_2+0_1=0_2</math>
</center>
Отже <math>0_1=0_2</math>.
</center>
'''Приклад 2'''. Для довільного <math>a \in \R</math>
<center>
<math>a\cdot 0=0</math>
</center>
За властивістю <math>\text{I}_{3}</math>
<center>
<math>a\cdot 0=a\cdot 0+0</math>
</center>
За властивостями <math>\text{I}_{4},\text{I}_{7} </math>
<center>
<math>a\cdot 0=a\cdot 0+a+(-a)=a\cdot 0+a\cdot 1+(-a)</math>
</center>
За властивостями <math>\text{I}_{9},\text{I}_{3} </math>
<center>
<math>a\cdot 0=a\cdot 0+a\cdot 1+(-a)=a\cdot (0+1)+(-a)=a\cdot 1+(-a)</math>
</center>
і за властивостями <math>\text{I}_{7},\text{I}_{4} </math>
<center>
<math>a\cdot 0=a\cdot 1+(-a)=a+(-a)=0.</math>
</center>

'''Приклад 3'''. Для довільного <math>a \in \R</math>
<center>
<math>-a=(-1)\cdot a</math>
</center>
За властивостями <math>\text{I}_{7},\text{I}_{9},\text{I}_{4}</math> та твердження прикладу 1 маємо
<center>
<math>a+(-1)\cdot a=1\cdot a+(-1)\cdot a= (1+(-1))\cdot a=0\cdot a=0</math>
</center>
Тоді з властивості <math>\text{I}_{3} </math> та єдності протилежного елемента (спробуйте довести самостійно, що протилежний елемент до заданого числа визначається єдиним чином) випливає, що  <math>(-1)\cdot a=-a</math>.

'''Приклад 4''' (мінус на мінус дорівнює плюс). Для довільного <math>a \in \R</math>
<center>
<math>(-a) \cdot (-a)=a\cdot a.</math>
</center>
Дійсно, згідно властивостей <math>\text{I}_{1},\text{I}_{2},\text{I}_{3}, \text{I}_{4}, \text{I}_{5},\text{I}_{9},</math> та прикладу 1
<center>
<math>(-a) \cdot (-a)=(-a) \cdot (-a)+0=(-a) \cdot (-a)+a \cdot 0=(-a) \cdot (-a)+a \cdot (a+(-a))=(-a) \cdot (-a)+a \cdot a+a \cdot (-a)=</math>
<math>=(-a) \cdot (-a)+a \cdot (-a)+a \cdot a=((-a) \cdot (-a)+a \cdot (-a))+a \cdot a=(a+(-a))\cdot (-a)+a \cdot a=0\cdot (-a)+a \cdot a=0+a \cdot a=a \cdot a.</math>
</center>
}}
{{Hider|
  title = Про ділення на нуль |
  hidden = 1 |
  title-style = text-align: left; |
  content-style = text-align: left; |
  content =
Наслідком аксіоми <math>\text{I}_{10}</math> є неможливість ділення на нуль у межах поля дійсних чисел, оскільки тоді елемент обернений до нуля не може бути дійсним числом. Припустимо, що існує елемент обернений до нуля і позначимо його <math>0^{-1}\in \mathbb{R} </math>. Тоді за аксіомою <math>\text{I}_{8}</math>
<center>
<math>0\cdot 0^{-1}=1.</math>
</center>
Враховуючи аксіоми <math>\text{I}_{6}, \text{I}_{7}, \text{I}_{8}</math> для довільного <math>a\in\mathbb{R}</math> отримуємо
<center>
<math>1=0\cdot 0^{-1}=(a\cdot 0)\cdot 0^{-1}=a\cdot (0\cdot 0^{-1})=a\cdot 1=a,</math>
</center>
що неможливо. Отже <math>0^{-1}\notin \mathbb{R} </math>. Ми тут припускали, що виконується аксіома <math>\text{I}_{10}</math>, інакше, в протилежному випадку, поле складається тільки з одного елемента&nbsp;— нуля (який є оберненим сам до себе), і є тривіальним. В силу аксіоми повноти <math>\text{III}_{2}'</math>, нова система <math>\{0^{-1}\}\cup\mathbb{R} </math> не буде полем дійсних чисел.
}}

== Класи дійсних чисел ==
 
* Підмножина дійсних чисел вигляду <math>\{1, 1+1, 1+1+1, 1+1+1+1, \ldots \} = \{1, 2, 3, 4, \ldots \}</math> називається множиною ''натуральних'' чисел і позначається <math>\mathbb{N}</math>;

* Підмножина <math>\mathbb{Z}= \{-\mathbb{N}\}\cup \{0\}\cup \mathbb{N}</math>, де <math>\{-\mathbb{N}\}</math> множина чисел протилежних до натуральних,&nbsp;— називається множиною ''цілих'' чисел;

* Підмножина <math>\mathbb{Q}= \{q=m\cdot n^{-1}, m\in \mathbb{Z}, n\in\mathbb{N}\}</math> називається множиною ''раціональних'' чисел;

* Підмножина <math>\mathbb{I}=\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}</math>&nbsp;— множина ''ірраціональних'' чисел;

* Якщо <math>a\in\mathbb{R}</math> і <math>a<0</math>, то кажуть, що число a&nbsp;— від'ємне;

* Якщо <math>a\in\mathbb{R}</math> і <math>a> 0</math>, то кажуть, що число a&nbsp;— додатне;

* Якщо <math>a\in\mathbb{R}</math> і <math>a\leqslant 0</math>, то кажуть, що число a&nbsp;— недодатне;

* Якщо <math>a\in\mathbb{R}</math> і <math>a\geqslant 0</math>, то кажуть, що число a&nbsp;— невід'ємне;

* Якщо число <math>a\in\mathbb{R}</math> є коренем деякого многочлена з раціональними коефіцієнтами, то воно називається [[алгебраїчне число|алгебраїчним]], інакше&nbsp;— [[трансцендентне число|трансцендентним]].

=== Зв'язок з раціональними числами ===

Очевидно, що на числовій прямій раціональні числа розміщені в купі з дійсними, причому множина дійсних чисел «щільніша» ніж множина раціональних. Виникає питання, як часто на числовій прямій зустрічаються раціональні і дійсні числа та чи можна одні числа наблизити іншими. Відповідь на це питання дають три наступні [[Лема|леми]], які ґрунтуються, в основному, на [[Аксіома Архімеда|аксіомі Архімеда]].

'''Лема 1.''' Для довільного дійсного числа і для довільного наперед взятого додатного раціонального числа <math>\varepsilon</math> знайдеться пара раціональних чисел, які знаходяться один від одного на відстані менш, ніж <math>\varepsilon</math>, таких, що дійсне число лежить на [[Відрізок|відрізку]] між цими раціональними числами.
: <math>\forall a \in \mathbb{R} \quad \forall \varepsilon \in \mathbb{Q}_+ \quad \exists q_1,q_2 \in \mathbb{Q}: ~ (q_1 \leqslant a \leqslant q_2) \land (q_2 - q_1 < \varepsilon)</math>

Іншими словами, будь-яке дійсне число можна з заданою точністю з обох боків наблизити раціональними числами.

'''Лема 2.''' Між будь-якими двома різними дійсними числами міститься раціональне число.
: <math>\forall a,b \in \mathbb{R}: ~ a< b \quad \exists q \in \mathbb{Q}: a < q < b</math>

Як наслідок отримуємо, що між будь-якими двома різними дійсними числами міститься нескінченно багато раціональних. Крім того, очевидно, що між будь-якими двома різними раціональними числами міститься дійсне. Будь-який відрізок числової прямої містить як раціональні, так і ірраціональні точки.

'''Лема 3.''' Наближення дійсного числа раціональним, описане в лемі 1, ідентифікує дійсне число єдиним чином.
: <math>\forall a,b \in \mathbb{R} \quad (\forall \varepsilon \in \mathbb{Q}_+ \,\, \exists q_1,q_2 \in \mathbb{Q}: ~ (q_1 \leqslant a \leqslant q_2) \land (q_1 \leqslant b \leqslant q_2) \land (q_2 - q_1 < \varepsilon))\quad \Rightarrow \quad a = b</math>

== Піднесення до степеня та добування кореня ==

Для довільного <math>a\in\mathbb{R}</math> та довільного <math>n\in\mathbb{N}</math> операція ''піднесення до степеня'' визначається так:
{{center|
<math> a^n \, \overset{\text{def}}{=} \, \underbrace{a\cdot a \cdots a}_n,\quad a^0\, \overset{\text{def}}{=} \, 1,\quad a^{-n} \, \overset{\text{def}}{=} \,\frac{1}{a^n}.</math>
}}


Число <math>b\in\mathbb{R}</math> таке, що <math>b^n=a,\, n\in\mathbb{N},</math> називається ''коренем'' n-го степеня числа <math>a\in\mathbb{R}</math> і позначається <math>\sqrt[n]{a}</math>, тобто
{{center|
<math> (\sqrt[n]{a})^n \, \overset{\text{def}}{=} \, a</math>
}}

Для довільного дійсного <math>a\geqslant 0</math> та довільного натурального <math>n</math>, ''завжди'' існує дійсне число <math>b\geqslant 0</math> таке, що <math>b=\sqrt[n]{a}</math>. Цей факт можна довести використовуючи, наприклад, перерізи Дедекінда. З наслідків аксіом поля дійсних чисел випливає, що корінь парного порядку з від'ємних дійсних чисел ''не існує'' (не належить до множини дійсних чисел).

Нехай <math>a>0</math> і <math>q\in\mathbb{Q}</math>, тобто <math>q=m/n, m\in\mathbb{Z}, n\in\mathbb{N}</math>, тоді
{{center|
<math> a^q \, \overset{\text{def}}{=} \,\sqrt[n]{a^m}, \qquad a^{-q}\, = \,\frac{1}{a^q}.</math>
}}

На основі означення степеня з раціональним показником, можна за неперервністю ввести поняття степеня з довільним дійсним показником (див. [[Показникова функція]]).

== Властивості ==

* Множина дійсних чисел [[Незліченна множина|незліченна]]. Її потужність ([[кардинальне число]]) називається потужністю [[Континуум (теорія множин)|континуума]] і позначається <math>\aleph_1</math> і є «більшою» ніж [[потужність множини]] раціональних чисел (<math>\aleph_0</math>).

* За алгебраїчною структурою множина дійсних чисел є ''неперервним впорядкованим полем''. Більше того, множина дійсних чисел&nbsp;— ''максимальне архімедове впорядковане поле'', тобто будь-яке архімедове поле [[ізоморфізм|ізоморфне]] деякій підмножині дійсних чисел.

* Множина дійсних чисел утворює [[топологічний простір]], у якому як стандартну топологію беруть множину відкритих інтервалів числової прямої. Як топологічний простір, множина дійсних чисел є [[сепарабельний простір|сепарабельною]], оскільки множина раціональних чисел є [[зліченна множина|зліченною]] [[Щільна множина|щільною]] підмножиною дійсних чисел (підмножина ірраціональних чисел теж є щільною, однак вона незліченна). Цей простір [[Аксіоми відокремлюваності|повністю регулярний]] і [[хаусдорфовий простір|хаусдорфовий]].

* Множина дійсних чисел утворює [[метричний простір]], де відстанню між числами x і y є модуль їх різниці <math>|x-y|</math>. Як метричний простір множина дійсних чисел є ''[[повний метричний простір|повною]]''&nbsp;— ''довільна фундаментальна послідовність дійсних чисел є збіжною до деякого дійсного числа''.

* Множина дійсних чисел утворює [[нормований простір]], з нормою, яка збігається з модулем дійсного числа. Цей простір&nbsp;— [[банахів простір|банахів]].

* Множина дійсних чисел ''не утворює [[компактний простір]]'', а також ''не є [[Повна ґратка|повною ґраткою]].''

* Як впорядкована множина, дійсні числа успадковують [[Права порядкова топологія|порядкову топологію]], яка є ідентичною до топології відкритих інтервалів, яка породжується метрикою. Теорія перерізів Дедекінда використовує порядкову топологію, теорія Кантора&nbsp;— топологію відкритих інтервалів.

* Множина дійсних чисел відносно кожної з операцій (додавання та множення) є [[топологічна група|топологічною групою]].

* На множині дійсних чисел задають стандартну [[міра|міру]], [[міра Лебега|міру Лебега]], яка є окремим випадком [[міра Хаара|міри Хаара]] множини дійсних чисел, як топологічної групи відносно операції додавання, нормованої так, щоб міра інтервалу <math>[0,1]</math> дорівнювала одиниці. Існують множини дійсних чисел, які не є вимірними за Лебегом.

* Множина раціональних чисел як підмножина дійсних має Лебегову міру нуль, тобто [[майже скрізь|майже всі]] дійсні числа є ірраціональними. Більше того, майже всі дійсні числа є трансцендентними.

* На множині дійсних чисел однозначно розв'язне рівняння вигляду <math>a\cdot x+b=c,\, a,b,c\in\mathbb{R}</math>, однак поле дійсних чисел ''не є [[алгебрично замкнуте поле]]''&nbsp;— існують многочлени з дійсними коефіцієнтами, які не мають дійсних коренів (наприклад, <math>x^2+1=0</math>).

{{Hider|
  title = Доведення незліченності множини дійсних чисел |
  hidden = 1 |
  title-style = text-align: left; |
  content-style = text-align: left; |
  content =
Щоб довести незліченність множини дійсних чисел, достатньо показати незліченність [[Інтервал (математика)|інтервалу]] <math>\left(0, 1 \right)</math>.

Нехай всі числа заданого проміжку занумеровані у деякий спосіб. Тоді їх можна виписати наступним чином :
: <math>x_1 = 0,a_{11}a_{12} \cdots a_{1m} \cdots</math>
: <math>x_2 = 0,a_{21}a_{22} \cdots a_{2m} \cdots</math>
: <math>\cdots</math>
: <math>x_k = 0,a_{k1}a_{k2} \cdots a_{km} \cdots</math>
: <math>\cdots</math>

Тут <math>a_{ij}</math> — <math>j</math>-та [[Цифри|цифра]] <math>i</math>-ого числа. Очевидно, що всі числа вказаного вигляду дійсно належать до заданого проміжку, якщо тільки  не всі цифри одночасно є [[0 (число)|нулями]] чи [[0,(9)|дев'ятками]].

Розглянемо наступне число:
: <math>x = 0, d_1 d_2 \cdots d_m \cdots</math>

Нехай кожна цифра <math>d_i</math> цього числа задовольняє наступні три умови:
* <math>d_i \neq 0</math>
* <math>d_i \neq 9</math>
* <math>d_i \neq a_{ii}</math>

Таке число дійсно існує на вказаному інтервалі, оскільки воно є дійсним, не збігається ні з нулем, ні з одиницею, а десяткових цифр достатньо, щоб виконувалась третя умова. Крім того, <math>x</math> не збігається з жодним із чисел <math>x_j</math>, виписаних вище, інакше <math>j</math>-та цифра числа <math>x</math> збіглася б з <math>j</math>-тою цифрою числа <math>x_j</math>. Ми отримали протиріччя, яке полягає в тому, що у який би спосіб числа розглядуваного проміжку не були занумеровані, все одно знайдеться число з цього проміжку, якому не присвоєний номер.
}}

== Узагальнення ==
Поняття дійсного числа може бути узагальнене та розширене різними способами. Однак, зауважимо, що внаслідок аксіоми повноти будь-яке розширення множини дійсних чисел приводить до втрати деяких властивостей (наприклад нова множина може не бути полем чи або не буде виконуватись [[відношення порядку]]), але, з іншого боку, додає деякі інші важливі властивості.

* Поле [[Комплексне число|комплексних чисел]] містить корені ''всіх'' [[многочлен]]ів з дійсними та комплексними коефіцієнтами, а тому є алгебраїчно замкненим полем. Однак не буде виконуватись відношення порядку. Це єдина зі [[Розмірність простору|скінченновимірних]] [[алгебра над полем|алгебр над полем]] дійсних чисел, яка є полем.

* [[Невласне число|Розширена числова пряма]] утворюється додаванням до множини дійсних чисел двох елементів <math>+\infty</math> та <math>-\infty</math>. Нова множина позначається <math>\overline{\mathbb{R}}</math> і є [[компактний простір|компактним]] [[Гаусдорфів простір|хаусдорфовим простором]] (на відміну від <math>\mathbb{R}</math>, який не є компактним), крім того зберігається [[Лінійно впорядкована множина|лінійна впорядкованість]], більше того вона утворює повну ґратку. Однак нова множина вже не є полем. Її можна розглядати як двоточкову [[компактифікація|компактифікацію]] <math>\mathbb{R}.</math>

* [[Проєктивно розширена числова пряма]] (одновимірний дійсний [[проєктивний простір]]) &nbsp;— [[одноточкова компактифікація]] дійсної прямої, яка утворюється додаванням точки <math>\infty</math>, дійсний одновимірний аналог [[Сфера Рімана|сфери Рімана]]. Має специфічну структуру, відмінну від розширеної числової прямої та числової прямої. Не є полем, не впорядкована (наприклад, нерівності <math>3<4</math> і <math>3>4</math> справджуються одночасно), однак є компактним простором. Дозволене ділення на нуль.

* [[Гіпердійсні числа]]&nbsp;— розширення поля дійсних чисел у [[Нестандартний аналіз|нестандартному аналізі]]&nbsp;— впорядковане поле, однак неархімедове. Включає в себе [[Нескінченно мала величина|нескінченно малі]] та нескінченно великі елементи (різних порядків).

* [[Інтервальні числа]]&nbsp;— узагальнення дійсних чисел, де роль числа відіграє відрізок дійсної прямої. Для відрізків вводяться поняття арифметичних дій з відповідними властивостями, які у випадку, коли відрізок вироджується в одне число, збігаються з аналогічними правилами для чисел. Використовуються переважно в теорії [[Обчислювальна математика|наближених обчислень]].

* [[Симетричний оператор|Самоспряжені оператори]] у [[гільбертів простір|гільбертовому просторі]] узагальнюють дійсні числа у багатьох відношеннях. Вони можуть бути впорядкованими (однак не лінійно впорядкованими), вони є повними (замкнутими відносно граничного переходу), всі їхні [[власне значення|власні значення]] є дійсними, а також вони утворюють дійсну асоціативну алгебру. Частковим випадком таких операторів є [[ермітова матриця|ермітові матриці]]. Зв'язок дійсних чисел і самоспряжених операторів має і фізичне відображення&nbsp;— всі спостережувані величини [[квантова механіка|квантово-механічних систем]] (ті, які ми вимірюємо приладами і моделлю яких у класичній фізиці є дійсні числа), є власними значеннями відповідного самоспряженого оператора.

== Використання ==
[[Математична модель]] дійсних чисел широко використовується в науці і техніці для вимірювання величин, які неперервно змінюються. Однак це не є її головним застосуванням, тому що виміряні величини завжди мають скінченне число десяткових знаків, тобто є раціональними числами (крім того, при вимірювання завжди присутня похибка&nbsp;— неперервність дійсних чисел гарантує, що точне значення вимірюваної величини знаходиться в знайденому околі). Основне призначення цієї моделі&nbsp;— бути базою для [[Математичний аналіз|аналітичних]] методів досліджень. Величезний успіх цих методів за останні три століття показав, що модель дійсних чисел в більшості випадків достатньо адекватно відображає структуру неперервних фізичних величин.

Це, звісно, не означає, що дійсна числова пряма є точним образом реальної неперервної величини. Наприклад, сучасній науці поки що не відомо, чи дискретний простір і час чи подільні необмежено; однак навіть у другому випадку модель дійсних чисел для цих величин може розглядатися як наближена, оскільки поняття точки простору і моменту час є по суті ідеалізації, які не мають реального аналога. Це фундаментальне питання є предметом широких дискусій в науці, починаючи з [[Зенон Елейський|апорій Зенона]]. Наближеною ця модель є і при застосуванні до величин, які в [[класична фізика|класичній фізиці]] вважались неперервними, але в дійсності виявились дискретними (квантовими). Наприклад, внаслідок виконання [[принцип невизначеності|принципу невизначеностей]] [[Вернер Гейзенберг|Гейзенберга]], а також неможливості вимірювання відстаней менше [[Довжина Планка|планківської довжини]] квантові величини точніше моделюються неархімедовими полями<ref>{{книга
|автор         = Владимиров B.C., Волович И.В., Зеленов Е.И.
|заголовок     = P-адический анализ и математическая физика
|місто         = М.
|видавництво  = Физматлит
|рік           = 1994
|сторінок       = 352
}}</ref> (поле дійсних чисел є архімедовим).

== Див. також ==
{{Портал|Математика}}
* [[Натуральні числа]]
* [[Раціональні числа]]
* [[Ірраціональні числа]]
* [[Комплексні числа]]
* [[Фундаментальна послідовність]]
* [[Аксіома неперервності]]
* [[Теорія чисел]]
* [[Континуум-гіпотеза]]
* [[Щільний порядок]]
* [[Дійсна точка]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Джерела ==
* {{Фіхтенгольц.укр}}
* {{Ляшко.Ємельянов.Боярчук.Математичний аналіз.ч1}}
* {{Дороговцев.Математичний аналіз.ч1}}
* {{книга
|автор         = Заболоцький М.В., Сторож О.Г., Тарасюк С.І.
|заголовок     = Математичний аналіз: Підручник
|місто         = Львів
|видавництво  = Видавничий центр ЛНУ ім. Івана Франка
|рік           = 2007
|сторінок       = 416
|isbn          = 978-966-613-512-9
}}
* {{Клепко_ВМ|частина=Множина дійсних чисел|сторінки=163}}

{{Quantity}}

[[Категорія:Математичний аналіз]]
[[Категорія:Числа]]