Lexikon der Mathematik: rationale Zahlen
Ergebnis der Erweiterung des Integritätsrings \({\mathbb{Z}}\) der ganzen Zahlen zu einem Körper \({\mathbb{Q}}\).
Zurückgehend auf Heinrich Weber (1895) definiert man \({\mathbb{Q}}\) meist als den Quotientenkörper zu \({\mathbb{Z}}\), d. h. als Menge von Äquivalenzklassen bzgl. der durch
Beispielsweise mit dem ersten Cantorschen Diagonalverfahren sieht man, daß die Menge ℚ abzählbar ist: Man schreibt die Brüche nach dem Nenner geordnet in Zeilen
und schreitet sie von oben links her entlang derjenigen Diagonalen, auf denen Brüche mit konstanter Summe aus Zähler und Nenner stehen, ab, also
Die Abbildung
Alternativ kann man ℚ einführen, indem man zuerst die reellen Zahlen axiomatisch als vollständigen archimedischen Körper definiert, dann darin die natürlichen und die ganzen Zahlen erklärt und die rationalen Zahlen als diejenigen reellen Zahlen definiert, die sich als Quotient a/b := ab−1 zweier Zahlen \(a,b\in {\mathbb{Z}}\), wobei b ≠ 0, schreiben lassen. Dabei ist zu zeigen, daß ℚ gegenüber der von ℝ geerbten Addition und Multiplikation abgeschlossen ist.
(ℚ, ≤) ist keine vollständige Ordnung, beispielsweise hat die Menge \(M:=\{x\in {\mathbb{Q}}|{x}^{2}\lt 2\}\) in ℚ kein Supremum. Ferner ist ℚ kein vollständiger Körper, denn z. B. wird durch a1 := 1 und \({a}_{n+1}:={a}_{n}/2+1/{a}_{n}\) für n ∈ ℕ eine Gauchy-Folge (an) definiert, die in ℚ nicht konvergiert. Es gibt kein \(x\in {\mathbb{Q}}\) mit x2 = 2. Die minimale Erweiterung von ℚ zu einem vollständigen Körper führt zu den reellen Zahlen. Dort hat M ein Supremum, und die Cauchy-Folge (an) konvergiert, nämlich gegen \(x=\sqrt{2}\) = sup M mit \({x}^{2}=2\).
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