Division med noll — orsaker, odefinierade uttryck och obestämda former
Förklaring av varför division med noll inte är meningsfull i vanliga talsystem, skillnaden mellan odefinierade uttryck och obestämda former samt konsekvenser i algebra och analys
Inom matematiken kan ett tal inte delas med noll. Detta uttalande kräver förklaring: det finns skilda skäl till varför division med noll är problematisk och flera olika begrepp som används för att beskriva situationen.
Bildgalleri
3 Bilder
Grundläggande resonemang
En vanlig utgångspunkt är att betrakta multiplikation och division som omvända operationer. Om
A ∗ B = C 
så följer att om B = 0 måste C = 0. Men om man i stället försöker lösa ut A får man
A = C / B 
Om man nu sätter B = 0 hamnar man i två olika fall beroende på C:
- Om C ≠ 0 försöker man definiera ett tal av formen A/0 där A är icke-noll. Det leder i de vanliga talsystemen till ett meningslöst resultat — man får något som formellt liknar oändligt, men oändligheter fungerar inte som vanliga reella tal i algebraiska likheter.
- Om C = 0 blir uttrycket 0/0, vilket inte har ett bestämt värde: det är en obestämd form. Ett sådant uttryck kan liknas vid ett uttryck där variabeln A skulle kunna vara vilket tal som helst. Se bilden:
A = 0 / 0 
Problemet kan illustreras med att A i princip kan vara vilket tal som helst: 
Skillnad mellan "obestämd form" och "odefinierad"
- Obestämd form avser uttryck som 0/0 i samband med gränsvärden i analys. Att formen är obestämd betyder att different värden kan uppnås beroende på hur uttrycket närmar sig situationen — gränsvärdet kan vara ett ändligt tal, oändligt eller saknas helt.
- Odefinieradoändligt, men det är inte ett giltigt reellt tal.
Användning i analys och gränsvärden
I kalkyl och gränsvärdeslära är 0/0 en central typ av uttryck eftersom många funktioners kvoter kan ge just denna form när variabeln går mot en viss punkt. Sådana fall kräver tekniker för att bestämma gränsvärdet, till exempel förenkling, faktorisering eller L'Hôpitals regel. Ett uttrycks form 0/0 säger endast att man inte utan vidare kan avgöra värdet — man måste studera beteendet hos täljare och nämnare.
Algebraiska och strukturella synsätt
- I de vanliga strukturerna för reella eller komplexa tal införs ingen operation som ger ett väldefinierat resultat för division med noll.
- Vissa utökade system (till exempel projektiv talaxel eller Riemannsfärens behandling av komplexa tal) introducerar ett element "∞" för att kunna beskriva gränser och vissa operationer, men dessa konstruktioner är noggrant definierade och division med noll hanteras inte på samma sätt som i algebraen över vanliga tal.
- Att tillåta division med noll utan försiktighet leder till motsägelser och bryter grundläggande satser (till exempel att om x·y = x·z och x ≠ 0 så y = z). Därför definieras inte sådana operationer i standardmatematiken.
I datorer och programmering
I datorsammanhang kan division med noll ge speciella representanter i flyttalsstandarder. Till exempel följer många system IEEE 754 för flyttalsaritmetik där uttryck med delning av ett icke-noll tal med noll kan ge ett särskilt värde som kallas infinite, medan 0/0 vanligtvis ger NaN (not a number). Dessa är implementationstekniska artefakter som underlättar felhantering men de följer inte de vanliga algebraiska reglerna.
Konsekvenser och vanliga missuppfattningar
- Att "bevisa" att två olika tal är lika genom att dela med noll är alltid ett feltänk: sådana bevis innehåller en ogiltig division och är därmed förkastbara.
- Det är felaktigt att hävda att 1/0 = ∞ i vanlig algebra; uttrycket saknar värde i de reella eller komplexa talen.
- 0/0 är inte ett tal utan ett tecken på att ytterligare analys krävs (till exempel gränsvärdesräkning) för att avgöra om ett meningsfullt limitvärde finns.
Sammanfattning
Division med noll är i standardmatematiken inte definierad. Uttryck av typen A/0 där A ≠ 0 betraktas som odefinierade (de kan beskrivas informellt som divergerande mot något oändligt), medan 0/0 är en obestämd form som i analys kräver undersökning av om ett gränsvärde existerar. Både i teoretiska sammanhang och i praktiska beräkningar är det viktigt att känna igen dessa fall och behandla dem med lämpliga metoder.
Felaktiga bevis som bygger på division med noll
Det är möjligt att dölja ett specialfall av division med noll i ett algebraiskt resonemang. Detta kan leda till ogiltiga bevis, till exempel 1=2, som i följande exempel:
Med följande antaganden:
0 × 1 = 0 0 0 × 2 = 0. {\displaystyle {\begin{aligned}0\times 1&=0\\0\times 2&=0.\end{aligned}}} 
Följande måste vara sant:
0 × 1 = 0 × 2. {\displaystyle 0\times 1=0\times 2.\,} 
Genom att dividera med noll får man:
0 0 0 × 1 = 0 0 × 2. {\displaystyle \textstyle {\frac {0}{0}}}\times 1={\frac {0}{0}}}\times 2.} 
Förenkla:
1 = 2. {\displaystyle 1=2.\,} 
Felsteget är antagandet att dividera med 0 är en legitim operation med 0/0 = 1.
De flesta människor skulle förmodligen inse att ovanstående "bevis" är felaktigt, men samma argument kan presenteras på ett sätt som gör det svårare att upptäcka felet. Om till exempel 1 skrivs som x kan 0 döljas bakom x-x och 2 bakom x+x. Det ovan nämnda beviset kan då visas på följande sätt:
( x - x ) x = 0 ( x - x ) ( x + x ) = 0 {\displaystyle {\begin{aligned}(x-x)x=0\(x-x)(x+x)=0\end{aligned}}} 
därför:
( x - x ) x = ( x - x ) ( x + x ) . {\displaystyle (x-x)x=(x-x)(x+x).\,} 
Genom att dividera med x - x får man:
x = x + x {\displaystyle x=x+x\,} 
och dividerar med x ger:
1 = 2. {\displaystyle 1=2.\,}
"Beviset" ovan är felaktigt eftersom det dividerar med noll när det dividerar med x-x, eftersom alla tal minus sig själva är noll.
Kalkyl
I kalkyl kan de ovan nämnda "obestämda formerna" också uppstå som ett resultat av direkt substitution vid utvärdering av gränsvärden.
Division med noll i datorer
Om ett datorprogram försöker dividera ett heltal med noll upptäcker operativsystemet vanligtvis detta och stoppar programmet. Vanligtvis skriver det ut ett "felmeddelande" eller ger programmeraren råd om hur han eller hon kan förbättra programmet[]. Division genom noll är ett vanligt fel i datorprogrammering. Att dividera flyttalstal (decimaltal) med noll resulterar vanligtvis i antingen oändlighet eller ett speciellt NaN-värde (not a number), beroende på vad som divideras med noll.
Division med noll i geometri
I geometri 1 0 = ∞ . {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{0}}}=\infty . } 
Denna oändlighet (projektiv oändlighet) är varken ett positivt eller negativt tal, på samma sätt som noll varken är ett positivt eller negativt tal.
Frågor och svar
Fråga: Vad är resultatet av att dividera ett tal med noll?
S: Om man delar ett tal med noll får man en "odefinierad" eller "obestämd form", vilket innebär att det inte har något enskilt värde.
F: Vad betyder 0/0?
S: 0/0 sägs vara av "obestämd form" eftersom det inte har något enskilt värde.
F: Vad händer när två tal är lika med samma sak, men denna sak är 0/0?
S: Matematikens normala regler fungerar inte när talet divideras med noll, så de två talen skulle inte vara lika med varandra.
F: Är det sant att varje försök att definiera ett tal av formen A/0 kommer att resultera i ett oändligt värde?
Svar: Ja, varje försök att definiera ett tal av formen A/0 (där A inte är 0) kommer att resultera i värdet oändlighet, som i sig självt är odefinierat.
F: Hur kan vi avgöra om två tal är lika stora som varandra?
S: Vi kan avgöra om två tal är lika med varandra genom att se om de båda är lika med samma sak. Vanligtvis fungerar detta, men det gäller inte när båda talen är lika med 0/0.
F: Finns det något undantag för när vi inte kan dividera ett tal med noll? S: Ja, i matematik är det inte möjligt att dividera ett tal med noll.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Division med noll — orsaker, odefinierade uttryck och obestämda former Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/27817