Alcuni insiemi sono detti numerici poiché sono costituiti
da numeri.
Di seguito esamineremo i vari tipi di insiemi numerici, i loro aspetti e le relative operazioni interne (o ben definite).
Di seguito esamineremo i vari tipi di insiemi numerici, i loro aspetti e le relative operazioni interne (o ben definite).
Def: Dato un insieme numerico, un’operazione si dice interna o ben definita nel
dato insieme quando il risultato di tale operazione, tra due elementi qualsiasi
dell’insieme, appartiene all’insieme stesso, cioè rimane nell’insieme dato.
Gli insiemi numerici sono:
- N Insieme dei numeri naturali
- Z Insieme dei numeri relativi
- Q Insieme dei numeri razionali
- R Insieme dei numeri reali
- C Insieme dei numeri complessi
Insieme N dei numeri naturali
Generalmente per numeri naturali intendiamo i numeri
interi positivi (1,2,3,…,n). Sono quei numeri attraverso i quali i bambini
imparano a contare in quanto sono semplici e incontrano le prime esigenze che i
bambini nutrono, cioè quella di quantificare e ordinare gli oggetti.
Il simbolo utilizzato per indicare l’insieme dei numeri
naturali è N. Normalmente, si assume che l’insieme dei numeri naturali contenga
anche lo zero ma, per evitare ogni ambiguità, spesso si usa un apice o un
pedice per rafforzarne il significato.
Indichiamo cioè con:
·
N0 l’insieme dei numeri naturali che contiene
lo zero;
·
N* l’insieme dei numeri naturali che non
contiene lo zero.
Per i numeri naturali, le operazioni interne o ben
definite sono l’addizione e la moltiplicazione:
Infatti, se applichiamo l’addizione o la moltiplicazione
su qualsiasi coppia di numeri naturali, il risultato sarà un numero naturale.
Al contrario, la sottrazione non è un’operazione interna
dei numeri naturali, infatti non sempre se facciamo la sottrazione di due
numeri naturali otteniamo un numero naturale, ad esempio la sottrazione “3-5” non ha come risultato
un numero naturale.
Insieme Z dei numeri
relativi
I numeri relativi, detti anche numeri interi, sono nati
per dare un risultato a qualsiasi sottrazione dei numeri naturali, infatti sono
anche definiti come l’insieme dei risultati delle sottrazioni dei numeri
naturali.
Il simbolo utilizzato per indicare l’insieme dei numeri
relativi è Z, che deriva dal tedesco “Zahi” che vuol dire numero. L’insieme è
formato dall’unione dei numeri naturali (interi positivi) e dei numeri
negativi.
Rappresentazione grafica di Z:
Da qui si intuisce facilmente che N è un sottinsieme proprio
di Z (N Ì Z).
Per i numeri relativi, quindi, le operazioni interne sono
l’addizione, la moltiplicazione e la sottrazione:
Infatti, se applichiamo l’addizione, la moltiplicazione e
la sottrazione su qualsiasi coppia di numeri interi, il risultato sarà sempre
un numero intero.
La divisione non è un’operazione interna di Z; non sempre
se facciamo la divisione di due numeri interi otteniamo un numero intero, ad
esempio la divisione 3 ¸ 2 non ha un
risultato intero.
Insieme Q dei numeri
razionali
I numeri razionali sono nati per dare un risultato a
qualsiasi divisione (eccetto la divisione per 0) tra due numeri interi. Sono
conosciuti anche come numeri frazionari e si possono esprimere quindi come una
frazione tra due numeri interi:
Il numero che si trova sopra la linea di frazione, in
questo caso “a” , viene definito numeratore,
mentre il numero che si trova sotto la linea di frazione, in questo caso “b”, denominatore.
Esiste un limite nell’esistenza della frazione e cioè che
il denominatore non può mai essere uguale a zero.
Il simbolo utilizzato per indicare l’insieme dei numeri
razionali è Q. Rappresentazione grafica di Q:
Si intuisce facilmente la relazione N Ì Z Ì Q.
L’insieme dei numeri razionali contiene in totale: i
numeri naturali, i numeri relativi, i numeri decimali finiti, i numeri decimali
periodici finiti, infatti tutti questi tipi di numeri si possono esprimere
attraverso una frazione:
Per i numeri naturali N e quelli relativi Z è sottinteso
un denominatore pari ad 1:
mentre per rappresentare i numeri decimali come frazioni
esistono due regolette molto semplici:
Regola per i
numeri decimali finiti non periodici
Si scrivono al numeratore tutte le cifre del numero
decimale per intero senza la virgola e al denominatore un 1 con tanti 0 per
quante sono le cifre dopo la virgola. Vediamo alcuni esempi:
Regola per i
numeri decimali finiti periodici
Si scrivono al numeratore tutte le cifre del numero
decimale per intero senza la virgola e si sottrae a questo numero il numero
composto dalle sole cifre non periodiche, mentre al denominatore si scrivono
tanti 9 per quante sono le cifre periodiche e tanti 0 per quante sono le cifre non
periodiche dopo la virgola.
Vediamo alcuni esempi:
Per i numeri relativi, quindi, le operazioni interne sono
l’addizione, la moltiplicazione, la sottrazione e la divisione:
Nel caso dei numeri razionali, l’operazione non ben
definita che in alcuni casi non si può eseguire è la radice quadrata, infatti,
in alcuni casi il risultato della radice quadrata è un numero decimale
infinito, ad esempio:
Per chi vuole approfondire esiste il teorema della non
completezza di Q che dimostra la non appartenenza a Q della radice quadrata di
2.
Insieme R dei numeri
reali
I numeri reali, sono nati per dare un risultato alle
radici quadrate che hanno come risultato i numeri decimali infiniti detti
numeri irrazionali, ed è l’unico
campo archimedeo completo e ordinato.
Il simbolo utilizzato per indicare l’insieme dei numeri
reali è R.
Rappresentazione grafica di R:
Si intuisce facilmente la relazione N Ì Z Ì Q Ì R.
L’insieme dei numeri reali è costituito dai numeri
razionali unito ai numeri irrazionali (numeri
decimali infiniti che sono il risultato delle radici quadrate di numeri che non
sono quadrati perfetti). Come per i numeri razionali, per i numeri reali le
operazioni interne sono l’addizione, la moltiplicazione, la sottrazione e la
divisione:
Anche se più completo dei numeri razionali, nell’insieme
dei numeri reali la radice quadrata non è ancora ben definita. Infatti, in
questo insieme non valgono le radici quadrate con radicando negativo. (Radicando
= argomento della radice ossia il numero sotto radice), ad esempio la radice
quadrata di -3
Insieme C dei numeri
complessi
A differenza del nome, i numeri complessi non sono
difficili.
I numeri complessi sono quei numeri costituiti dalla
somma di due parti:
- parte reale
- parte immaginaria
numero complesso = parte reale + parte immaginaria
La parte reale, come dice il nome stesso, è semplicemente
un numero reale, mentre la parte immaginaria nasce dalla necessità di definire la
radice quadrata di un numero negativo.
II quadrato di
qualsiasi numero (anche negativo) darebbe come risultato un numero positivo,
pertanto si è ricorso al numero immaginario i che altro non è che la radice quadrata di -1.
Grazie al numero immaginario i può finalmente esistere un quadrato negativo:
L'invenzione del numero immaginario quindi ci permette di
calcolare le radici quadrate di numeri negativi: ogni radice di numero negativo
si può trasformare in i che moltiplica la radice del numero positivo. E cioè:
infatti
Ad esempio
Il numero complesso, quindi ha una struttura del tipo “z = a + ib”, dove “a” è la parte
reale e “i×b” è la parte
immaginaria. (I due numeri “a” e “b” sono reali).
Rappresentazione grafica di C:
Si intuisce facilmente la relazione N Ì Z Ì Q Ì R Ì C, infatti, se prendiamo
tutti i numeri complessi per cui la b = 0 otteniamo proprio i
numeri reali.










