Перейти до основного вмісту
Каталог

Раціональні та ірраціональні числа: види дійсних чисел

~10 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань

Числа й відсотки
Математика НМТ

Визначай тип числа: натуральне, ціле, раціональне чи ірраціональне. Розрізняй раціональні числа (дроби, періодичні десяткові, корені з точних квадратів) та ірраціональні (√2, π), лічи цілі числа між двома дійсними.

Числові множини N, Z, Q, R

Усі числа, які ти знаєш, належать до великої родини дійсних чисел. Їх можна розділити на групи — числові множини. Розберімося, які саме.

Натуральні числа N

Натуральні числа — це числа, якими ми лічимо предмети: 1, 2, 3, 4, 5, … Цю множину позначають латинською літерою N (від латинського naturalis — «природний»). Пам'ятай: 0 не належить до натуральних чисел. Хоча в деяких країнах 0 вважають натуральним, в українській математичній традиції та на НМТ це не так.

Записують: N = {1, 2, 3, 4, 5, …}. Про число 7 кажуть: «7 ∈ N» (7 належить N), а про число −3: «−3 ∉ N» (−3 не належить N).

Цілі числа Z

Цілі числа — це натуральні числа, протилежні до них (від'ємні) і нуль. Множину позначають літерою Z (від німецького Zahl — «число»). Отже, Z = {…, −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3, …}.

Зверни увагу: 0 ∈ Z, але 0 ∉ N. Кожне натуральне число є цілим (N ⊂ Z), але не навпаки: −5 — ціле, але не натуральне.

Раціональні числа Q

Раціональні числа — це числа, які можна записати у вигляді звичайного дробу m/n, де m — ціле число, а n — натуральне (n ≠ 0). Множину позначають літерою Q (від англ. quotient — «частка»).

Будь-яке ціле число також є раціональним, бо його можна записати дробом: −4 = −4/1 = −8/2 = −12/3. Дроби на кшталт 2/3 або −7/5 теж належать Q. Оскільки N ⊂ Z і Z ⊂ Q, то кожне натуральне і кожне ціле число — раціональне.

Дійсні числа R

Дійсні числа — це всі раціональні числа разом з ірраціональними. Множину позначають літерою R (від латинського realis — «дійсний»). До R належить будь-яке число, яке можна зобразити точкою на координатній прямій.

Вкладення множин: N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R

Ці множини не ізольовані — вони вкладені одна в одну, немов матрьошки. Ось як це виглядає:

Рендеринг діаграми…

Кожне натуральне число є цілим, раціональним і дійсним. Але зворотне не працює: −5 — ціле, але не натуральне; 2/3 — раціональне, але не ціле; √2 — дійсне, але не раціональне.

Найвужча множина числа

Для будь-якого числа треба вміти знаходити найвужчу множину, до якої воно належить. Найвужча — це найменша з множин N, Z, Q, R, яка містить це число. Наприклад:

Число

Найвужча множина

Пояснення

7

N

натуральне, бо 7 ∈ {1, 2, 3, …}

−5

Z

ціле, але не натуральне

2/3

Q

раціональне, але не ціле

√2

R (ірраціональне)

дійсне, але не раціональне

0

Z

ціле, але не натуральне

Запам'ятай: ціле число теж раціональне, бо його завжди можна записати дробом (наприклад, 0 = 0/1). Тому найвужчою множиною для цілого числа буде Z, а не Q.

Раціональні числа в різних записах

Раціональні числа можуть мати різний вигляд, але їх завжди можна подати як звичайний дріб m/n. Звідси випливають усі інші форми запису.

Звичайні дроби

Найочевидніший запис раціонального числа — звичайний дріб: 3/8, −2 1/2, 7/3. Тут чисельник — ціле число, знаменник — натуральне (не нуль). Будь-який звичайний дріб — раціональне число.

Скінченні десяткові дроби

Якщо поділити чисельник на знаменник, отримаємо десятковий дріб. Для багатьох дробів ділення закінчується — це скінченні десяткові дроби:

  • 3/8 = 0,375

  • −2 1/2 = −2,5

  • 1/4 = 0,25

  • 7/5 = 1,4

Кожен скінченний десятковий дріб — раціональне число. Наприклад, 0,375 = 375/1000 = 3/8.

Нескінченні періодичні десяткові дроби

Деякі дроби в десятковому записі ніколи не закінчуються, але їхні цифри повторюються — це періодичні дроби. Період записують у дужках:

  • 1/3 = 0,33333… = 0,(3)

  • 5/3 = 1,66666… = 1,(6)

  • 4/33 = 0,12121212… = 0,(12)

  • 2/15 = 0,13333… = 0,1(3)

Нескінченний періодичний десятковий дріб — теж раціональне число, бо його можна перетворити на звичайний дріб. Ніколи не плутай періодичний дріб (він раціональний) із неперіодичним (він ірраціональний).

Корені з точних квадратів

Корінь з числа — раціональний, якщо підкореневий вираз є точним квадратом (або точним кубом для кубічного кореня). Спершу обчисли значення, а потім класифікуй:

Вираз

Значення

Найвужча множина

√16

4

N

−√49

−7

Z

√(9/25)

3/5

Q

√0,04

0,2

Q

√(1 9/16)

5/4

Q

∛8

2

N

Бачиш? √(1 9/16) спочатку здається складним, але після перетворення отримуємо √(25/16) = 5/4 — звичайний дріб.

Дії з раціональними числами

Якщо виконати дію з раціональними числами (крім ділення на 0), результат теж буде раціональним:

  • сума: 2/3 + 1/6 = 5/6

  • різниця: 2,5 − 1,3 = 1,2

  • добуток: (2/3)² = 4/9

  • частка: 1,5 : 0,5 = 3

  • модуль: |−1,5| = 1,5

Це правило допомагає швидко визначити, чи результат буде раціональним, коли всі числа в дії — раціональні.

Ірраціональні числа й дії з ними

Ірраціональне число — це число, яке не можна записати у вигляді звичайного дробу m/n. У десятковому записі воно має вигляд нескінченного неперіодичного дробу — цифри після коми ніколи не закінчуються й не утворюють повторюваної групи.

Приклади ірраціональних чисел

Найвідоміші ірраціональні числа:

  • π = 3,1415926535… — відношення довжини кола до діаметра

  • √2 = 1,4142135623… — довжина діагоналі квадрата зі стороною 1

  • √3 = 1,7320508075…

  • e = 2,7182818284… — основа натуральних логарифмів

  • 0,101001000100001… — кількість нулів щоразу зростає, періоду немає

Корені: коли раціональний, а коли ірраціональний

У шкільних задачах ірраціональні числа найчастіше записують за допомогою коренів (√2, √3, ∛5) або позначення π. Запам'ятай головний принцип: вирішує значення кореня, а не сам знак кореня.

√n для натурального n є раціональним лише тоді, коли n — точний квадрат (1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121, 144, …). У всіх інших випадках √n — ірраціональне:

Раціональні корені

Ірраціональні корені

√1 = 1

√2 ≈ 1,414…

√4 = 2

√3 ≈ 1,732…

√9 = 3

√5 ≈ 2,236…

√16 = 4

√6 ≈ 2,449…

√25 = 5

√7 ≈ 2,645…

√36 = 6

√8 = 2√2

√49 = 7

√10 ≈ 3,162…

√100 = 10

√12 = 2√3

√144 = 12

√45 = 3√5

Зверни увагу: √12 = 2√3 і √45 = 3√5 — хоч ми спростили вираз, число залишилося ірраціональним, бо √3 і √5 ірраціональні.

Дії раціонального з ірраціональним

Є кілька правил, які допомагають визначити, чи результат буде раціональним:

  • Раціональне ± ірраціональне = ірраціональне: 3 + √5 — ірраціональне, π − 1 — ірраціональне

  • Раціональне (≠ 0) × ірраціональне = ірраціональне: 2π — ірраціональне, √5/3 — ірраціональне

  • Раціональне (≠ 0) / ірраціональне = ірраціональне: 1/√2 — ірраціональне

  • Ірраціональне / раціональне (≠0) = ірраціональне: √2/3 — ірраціональне

Дія двох ірраціональних чисел

А ось тут цікаво: результат може бути як раціональним, так і ірраціональним. Не роби поспішних висновків — обчислюй!

Випадки, коли результат раціональний:

  • √2 · √8 = √16 = 4 — раціональне

  • (√3)² = 3 — раціональне

  • √18 : √2 = √9 = 3 — раціональне

  • (2 + √3) + (2 − √3) = 4 — раціональне (ірраціональні доданки взаємно знищились)

Випадки, коли результат ірраціональний:

  • √3 + √12 = √3 + 2√3 = 3√3 — ірраціональне

  • (1 + √2)² = 1 + 2√2 + 2 = 3 + 2√2 — ірраціональне

Увага: наближені значення

π ≈ 3,14 — це раціональне наближення. Але сам π — ірраціональне число. Не плутай наближення з точним значенням! Так само π ≠ 22/7 (хоч 22/7 ≈ 3,1429 — це лише грубе наближення).

Скільки натуральних і цілих чисел між двома числами

У тестових завданнях можуть запитати: «Скільки натуральних (або цілих) чисел розміщено на координатній прямій між числами …?». Щоб відповісти, треба оцінити значення виразів, особливо коренів.

Оцінка кореня сусідніми точними квадратами

Якщо підкореневе число не є точним квадратом, знайди два послідовні точні квадрати, між якими воно міститься:

Приклад: оцінимо √30. 5² = 25, 6² = 36. Оскільки 25 < 30 < 36, то 5 < √30 < 6.

Корисні наближення для швидкої оцінки:

Вираз

Наближено

Між якими цілими

√2

≈ 1,41

1 < √2 < 2

√3

≈ 1,73

1 < √3 < 2

√5

≈ 2,24

2 < √5 < 3

√7

≈ 2,65

2 < √7 < 3

π

≈ 3,14

3 < π < 4

2π

≈ 6,28

6 < 2π < 7

Алгоритм

  1. Оціни обидва кінці проміжку, перетворивши корені та дроби на числа.

  2. Знайди найменше й найбільше ціле число, що лежать між цими межами.

  3. Випиши всі числа від найменшого до найбільшого або скористайся формулою: кількість = найбільше − найменше + 1.

  4. Якщо питають про натуральні числа — врахуй лише додатні цілі, починаючи з 1.

Приклад

Знайдемо цілі числа між −√7 і √30.

Крок 1: оцінюємо: √7 ≈ 2,65, тому −√7 ≈ −2,65. √30 ≈ між 5 і 6, точніше 5² = 25 < 30 < 36 = 6², отже 5 < √30 < 6. Візьмемо верхню межу як приблизно 5,48.

Крок 2: цілі числа між −2,65 і 5,48 — це −2, −1, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Усього 8 цілих чисел.

Крок 3: натуральних чисел серед них — 5 (1, 2, 3, 4, 5). Чому не 8? Бо −2, −1 і 0 не є натуральними.

Увага: межі

Формулювання «між… і…» зазвичай означає, що кінці проміжку не входять до розгляду. Якщо питають «від… до… включно» — кінці входять. Завжди перевіряй, чи входить кінець, особливо коли він є цілим числом.

Запис множин за допомогою проміжків ([a; b], (a; b) тощо) — окрема тема, яку розглянемо в юніті «Числові проміжки».

Розбираємо завдання

Розгляньмо типові завдання НМТ на цю тему — з покроковим розв'язанням.

Приклад 1. Яке з чисел є ірраціональним?

Варіанти: А) √(1 9/16) Б) √0,49 В) 0,(12) Г) ∛27 Д) √45

Розв'язання: обчислимо кожне число.

  • А) √(1 9/16) = √(25/16) = 5/4 — раціональне

  • Б) √0,49 = 0,7 — раціональне (скінченний десятковий дріб)

  • В) 0,(12) = 12/99 = 4/33 — раціональне (періодичний дріб)

  • Г) ∛27 = 3 — раціональне (натуральне)

  • Д) √45 — 45 не є точним квадратом (6² = 36, 7² = 49), тому √45 = 3√5 — ірраціональне

Відповідь: Д) √45.

Чому інші варіанти неправильні? А — хоч вираз містить корінь, після обчислення отримуємо 5/4; Б — 0,7, а не 0,7… ; В — періодичний дріб є раціональним; Г — ∛27 = 3, а не ірраціональне.

Приклад 2. Укажіть число, яке є цілим, але не натуральним

Варіанти: А) √36 Б) −√36 В) −2/3 Г) −1,5 Д) −√6

Розв'язання: обчислимо кожне число та перевіримо, чи воно ціле, і чи не натуральне.

  • А) √36 = 6 — натуральне (не підходить, бо натуральне)

  • Б) −√36 = −6 — ціле, але не натуральне (підходить!)

  • В) −2/3 — не ціле, це дріб

  • Г) −1,5 — не ціле, це десятковий дріб

  • Д) −√6 — ірраціональне (6 не точний квадрат), не ціле

Відповідь: Б) −√36 = −6.

Приклад 3. Скільки натуральних чисел розміщено на координатній прямій між числами −√5 і √40?

Варіанти: А) 9 Б) 8 В) 7 Г) 6 Д) 5

Розв'язання:

  1. Оцінюємо −√5: 2² = 4 < 5 < 9 = 3², тому 2 < √5 < 3, отже −3 < −√5 < −2. Тому −√5 ≈ −2,24.

  2. Оцінюємо √40: 6² = 36 < 40 < 49 = 7², тому 6 < √40 < 7. Отже √40 ≈ 6,32.

  3. Цілі числа між −2,24 і 6,32: −2, −1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 — 9 цілих чисел.

  4. Але питають про натуральні числа! Натуральні — це 1, 2, 3, 4, 5, 6. Їх 6.

Відповідь: Г) 6.

Чому пастки? Якщо порахувати всі цілі числа (від −2 до 6), отримаєш 9 — це відповідь А. Якщо зарахувати ще й 0, отримаєш 7 — це відповідь В. Завжди читай умову: чи питають про натуральні, чи про цілі.

Приклад 4. Значення якого виразу є раціональним числом?

Варіанти: А) √3 · √12 Б) √3 + √12 В) (1 + √2)² Г) √20 : 2 Д) π/2

Розв'язання: обчислимо кожен вираз.

  • А) √3 · √12 = √36 = 6 — раціональне (натуральне)

  • Б) √3 + √12 = √3 + 2√3 = 3√3 — ірраціональне

  • В) (1 + √2)² = 1 + 2√2 + 2 = 3 + 2√2 — ірраціональне

  • Г) √20 : 2 = (2√5) : 2 = √5 — ірраціональне

  • Д) π/2 — ірраціональне (π ірраціональне, ділене на 2)

Відповідь: А) √3 · √12 = 6.

Чому інші варіанти неправильні? Б — після спрощення залишається 3√3, де √3 ірраціональний; В — після розкриття дужок залишається 2√2; Г — √5 ірраціональний; Д — π ірраціональне.

Типові помилки й пастки

Ось помилки, які найчастіше роблять учні на НМТ, — та як їх уникнути.

  • Уважають ірраціональним будь-яке число зі знаком кореня. Це неправда! √16 = 4, √0,25 = 0,5, √(9/25) = 3/5, ∛8 = 2 — усі вони раціональні. Спершу обчисли значення, потім класифікуй.

  • Уважають нескінченний періодичний дріб ірраціональним. 0,(3) = 1/3, 0,1(6) = 1/6 — це раціональні числа. Періодичні дроби завжди раціональні. Неперіодичні (наприклад, 0,1010010001…) — ірраціональні.

  • Уважають 0 натуральним числом. В українській математичній традиції N = {1, 2, 3, …}. 0 ∈ Z (цілі), але 0 ∉ N.

  • Уважають ціле число не раціональним. Будь-яке ціле можна записати дробом: −4 = −4/1, 0 = 0/1. Тому кожне ціле — раціональне. Найвужча множина для цілого — Z, але воно належить і Q.

  • Уважають π раціональним, бо «π = 3,14» або «π = 22/7». 3,14 і 22/7 — лише наближення. Насправді π — нескінченний неперіодичний дріб π = 3,14159265…, тому π — ірраціональне.

  • Думають, що сума чи добуток двох ірраціональних чисел завжди ірраціональні. Контрприклад: √2 · √8 = √16 = 4 — раціональне. Або (2 + √3) + (2 − √3) = 4. Завжди обчислюй!

  • Лічачи цілі числа між межами, помиляються на 1. Наприклад, кількість цілих від 2 до 5 включно: 2, 3, 4, 5 — 4 числа. Якщо просто відняти 5 − 2 = 3 — помилка. Правильно: 5 − 2 + 1 = 4. І завжди перевіряй, чи входять кінці.

Як це перевіряють на НМТ

Розуміння видів і множин чисел — це зміст теми 1.1 програми НМТ («розрізняти види чисел і числових проміжків»). У демоваріанті НМТ-2026 до теми 1.1 належать завдання 9 (корені n-го степеня, обчислення) і 17 (значення виразів з модулем і степенями).

Форма завдань

Питання на цю тему зазвичай мають форму вибору однієї відповіді з п'яти (А—Д) і входять до перших 15 завдань тесту. Кожне таке завдання оцінюється в 0 або 1 бал. Приклади формулювань:

  • «Яке з чисел є ірраціональним?»

  • «Скільки натуральних чисел розміщено на координатній прямій між числами …?»

  • «Укажіть число, яке є цілим, але не натуральним.»

  • «Значення якого виразу є раціональним числом?»

Довідкові матеріали

На НМТ дозволено користуватися довідковими матеріалами. У них є таблиця квадратів чисел від 10 до 49. Нею можна оцінювати корені з більших чисел: наприклад, 26² = 676 < 700 < 729 = 27², тому √700 ≈ 26 з лишком. Але означень числових множин (N, Z, Q, R) у довідкових матеріалах немає — їх треба знати напам'ять.

Стратегія

  • Спершу обчисли кожен корінь і дріб, потім класифікуй. Не намагайся визначити вид числа «на око», поки не знаєш його точного значення.

  • Числа між межами виписуй явно. Не віднімай межі механічно — багато учнів помиляються на одиницю. Краще випиши числа й порахуй.

  • Перевір, чи входить межа. Якщо в умові сказано «між 2 і 7», то числа 2 і 7 не входять. Формулювання «від 2 до 7» зазвичай охоплює й кінці; якщо умова неоднозначна, звертай увагу на уточнення «включно» чи «не включаючи».

Питання й відповіді

Чи є 0 натуральним числом?

Ні. В українській математичній традиції натуральні числа — це N = {1, 2, 3, 4, …}. Нуль належить до цілих чисел (0 ∈ Z), але не до натуральних (0 ∉ N). На НМТ дотримуються саме такого означення.

Чому 0,(3) раціональне, а 0,1010010001… — ні?

0,(3) = 0,33333… — це нескінченний, але періодичний десятковий дріб. Період (трійка) повторюється, тому його можна перетворити на звичайний дріб: 0,(3) = 1/3. Отже, він раціональний. Натомість 0,101001000100001… — неперіодичний: кількість нулів між одиницями щоразу зростає, немає повторюваної групи. Його не можна записати як m/n, тому він ірраціональний.

Як швидко зрозуміти, чи корінь раціональний?

Перевір, чи підкореневе число є точним квадратом (для квадратного кореня) або точним кубом (для кубічного). Якщо так — корінь раціональний. Для цього корисно знати квадрати чисел хоча б до 15: 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121, 144, 169, 196, 225. Таблиця квадратів від 10 до 49 є в довідкових матеріалах НМТ.

Чи може сума двох ірраціональних чисел бути раціональною?

Так! Наприклад, (2 + √3) + (2 − √3) = 4 — ірраціональні доданки взаємно знищуються. Або √2 + (5 − √2) = 5. Тому не кажи «сума ірраціональних завжди ірраціональна» — обчислюй.

Чому π не дорівнює 3,14?

π = 3,141592653589793… — це нескінченний неперіодичний дріб. 3,14 — це лише округлення до сотих, наближене значення. Саме число π не можна точно виразити скінченним десятковим дробом або звичайним дробом (22/7 ≈ 3,142857 — теж лише наближення). Тому π — ірраціональне, а 3,14 — раціональне наближення до нього.

Коротко: головне

  • N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R. Кожне натуральне число є цілим, раціональним і дійсним. 0 — ціле, але не натуральне.

  • Раціональне число — це m/n (m ∈ Z, n ∈ N), тобто звичайний дріб, скінченний або нескінченний періодичний десятковий дріб.

  • Ірраціональне число — нескінченний неперіодичний десятковий дріб: √2, √3, √5, √7, π, e. Його не можна записати як звичайний дріб.

  • √n раціональний лише тоді, коли n — точний квадрат. Вирішує значення, а не запис: √16 = 4 — раціональне, √45 = 3√5 — ірраціональне.

  • Раціональне ± ірраціональне — ірраціональне. Раціональне (≠ 0) × ірраціональне — ірраціональне. Дві ірраціональні можуть дати раціональне: √2 · √8 = 4.

  • Цілі числа між межами: оціни корені сусідніми точними квадратами, випиши числа явно, не забудь про «+ 1» і перевір, чи питають про натуральні (з 1) чи про цілі.