Liczby naturalne, całkowite, wymierne, niewymierne i rzeczywiste – zestawienie

System liczb opiera się na ścisłej hierarchii zbiorów. Każdy kolejny poziom rozwiązuje ograniczenia poprzedniego – od liczenia obiektów dyskretnych po pomiar ciągłych wielkości fizycznych.


Liczby naturalne

Służą do zliczania elementów dyskretnych.

  • Symbol: ℕ (lub N)
  • Elementy: {0, 1, 2, 3, …} lub {1, 2, 3, …} w zależności od przyjętej konwencji aksjomatycznej.
  • Ograniczenie: Odejmowanie większej liczby od mniejszej nie ma w tym zbiorze rozwiązania.

Liczby całkowite

Rozszerzają zbiór liczb naturalnych o wartości ujemne, domykając działanie odejmowania.

  • Symbol: ℤ (lub Z)
  • Elementy: {…, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, …}
  • Relacja: ℕ ⊂ ℤ
  • Ograniczenie: Dzielenie dwóch liczb całkowitych nie zawsze daje wynik całkowity.

Liczby wymierne

Wszystkie liczby, które można zapisać w postaci ułamka zwykłego:

p⁄q, gdzie p ∈ ℤ, q ∈ ℤ \ {0}

  • Symbol: ℚ (lub Q)
  • Cechy: Rozwinięcie dziesiętne jest skończone (np. 0,25) lub nieskończone okresowe (np. 0,333…).
  • Relacja: ℤ ⊂ ℚ (każdą liczbę całkowitą k można zapisać jako k/1).
  • Ograniczenie: Zbiór ten nie pozwala zmierzyć np. długości przekątnej kwadratu o boku 1.

Liczby niewymierne

Wartości, których nie da się przedstawić za pomocą ilorazu dwóch liczb całkowitych.

  • Symbol: ℝ \ ℚ (lub IQ)
  • Cechy: Rozwinięcie dziesiętne jest nieskończone i nieokresowe.
  • Przykłady: √2, √3, π, e

Liczby rzeczywiste

Suma zbioru liczb wymiernych i niewymiernych. Zapewnia ciągłość – każdemu punktowi na osi liczbowej odpowiada dokładnie jedna liczba rzeczywista.

  • Symbol: ℝ (lub R)
  • Równanie: ℝ = ℚ ∪ (ℝ \ ℚ)

Podsumowanie

Zbiór Symbol Definicja Rozwinięcie dziesiętne
Naturalne ℕ Liczby do zliczania: {0, 1, 2, …} Brak ułamka
Całkowite ℤ Naturalne oraz ich ujemne odpowiedniki Brak ułamka
Wymierne ℚ Iloraz p/q (q ≠ 0) Skończone lub nieskończone okresowe
Niewymierne ℝ \ ℚ Brak zapisu w postaci p/q Nieskończone nieokresowe
Rzeczywiste ℝ Suma liczb wymiernych i niewymiernych Wypełnia całą oś liczbową

ℕ ⊂ ℤ ⊂ ℚ ⊂ ℝ