실수입니다.
연속성의 필요성:
수체계(Number System)는 수학적 연산과 논리 체계 내에서 수의 집합들을 공리적으로 정의하고, 그 위상 및 대수적 구조에 따라 분류한 계층적 구조입니다. 공리적 정의에서 수체계는 집합론 등으로 정의됩니다. 위상 및 대수에서 실수는 연속체이고, 유리수는 체(field), 정수는 환(ring) 등으로 다뤄집니다. 수체계는 계층적 구조로서 자연수 ⊂ 정수 ⊂ 유리수 ⊂ 실수 ⊂ 복소수 등 포함 관계를 나타냅니다.
자연수($\mathbb{N}$)는 1, 2, 3, …처럼 셈을 시작할 때 사용하는 수입니다. “하나, 둘, 셋” 처럼 셀 때 자연수를 사용합니다.
정수($\mathbb{Z}$)는 자연수에 0과 음수를 포함한 수 체계입니다. 즉, …, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, …과 같이 양의 정수, 음의 정수, 0이 모두 포함됩니다.
유리수($\mathbb{Q}$)는 분수로 나타낼 수 있는 수입니다. 예를 들어 $\dfrac{1}{2}, -\dfrac{5}{3}, 7$ 등은 모두 유리수입니다. 소수로는 유한소수나 반복되는 순환소수의 형태로 나타납니다.
무리수($\mathbb{R} \setminus \mathbb{Q}$)는 유리수가 아닌 실수로, 분수로 표현할 수 없는 수입니다. 대표적인 예로는 $\pi$, $\sqrt{2}$ 등이 있으며, 소수로는 끝나지 않고 반복되지 않는 무한소수 형태를 가집니다.
실수($\mathbb{R}$)는 유리수와 무리수를 모두 포함하는 수직선 전체의 수입니다. 실수는 연속적으로 이어져 있어 끊김 없이 수직선을 완전히 채우는 수 체계입니다. 미적분학 등 연속적인 수학 이론의 기본 바탕이 됩니다.
Table 1. 정수, 유리수, 무리수, 실수의 성질 비교
수체계 | 정의 | 시각화 | 이산 [확률]
| 밀도 [근사] [수렴] | 연속 [적분] [극한] | 가산 [열거] [순서] | 무한 [극한] [귀납] |
---|---|---|---|---|---|---|---|
정수 Integers $\mathbb{Z}$ | $\dots, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, \dots$ 수 사이에 빈 공간이 많음 | 수직선 상의 점 | O | X | X | O | O |
유리수 Rational Numbers $\mathbb{Q}$ | $\dfrac{a}{b}$, $a \in \mathbb{Z},\ b \ne 0$ 무리수는 포함하지 않음 | 촘촘하지만 틈이 있음 | X | O | X | O | O |
무리수 Irrational Numbers $\mathbb{R} \setminus \mathbb{Q}$ | $\pi$, $\sqrt{2}$ 등 유리수가 아닌 실수 유리수와의 구분이 중요함 | 유리수와 섞여 있음 | X | O | X | X | O |
실수 Real Numbers $\mathbb{R}$ | $\mathbb{Q} \cup (\mathbb{R} \setminus \mathbb{Q})$ 무리수가 유리수보다 비교 불가 수준으로 많음 | 실수 직선 전체 | X | O | O | X | O |
수체계(정수, 유리수, 실수 등)에는 각각 이산성, 밀도성, 연속성, 가산성, 무한성이라는 성질들이 존재합니다. 이들은 단순한 추상 개념이 아니라, 수학적 모델링, 계산, 논리적 추론, 그리고 실세계 응용에서 중요한 역할을 합니다.
1. 이산성 (Discreteness)
이산성은 어떤 두 원소 사이에 그 집합의 다른 원소가 없는 성질을 의미합니다. 정수는 이산적이며 1과 2 사이에 다른 정수가 없음을 볼 때 이산성이 있음을 알 수 있습니다.
2. 밀도성 (Density)
밀도성은 임의의 두 수 사이에 항상 그 집합의 또 다른 수가 존재함을 의미합니다. 유리수, 무리수, 실수 수체계의 집합은 밀도가 있습니다.
3. 연속성 (Continuity)
연속성은 수 직선상에서 빈틈 없이 이어져 있음을 의미합니다. 수체계에서 실수만 연속적이며 나머지는 모두 불연속입니다.
4. 가산성 (Countability)
가산성은 집합의 원소들을 자연수와 일대일 대응시킬 수 있음을 의미합니다. 자연수, 정수, 유리수 수체계의 집합은 가산 무한집합이며 실수와 무리수는 비가산성을 가집니다.
5. 무한성 (Infinity)
무한성은 원소의 수가 유한하지 않음을 의미합니다. 무한성에 기반하여 가산/비가산으로 나뉩니다. 자연수, 정수, 유리수는 가산 무한이며 실수는 비가산 무한입니다.
Table 2. 정수, 유리수, 무리수, 실수의 성질 비교
성질 | 수체계 | 수학적 특징 |
---|---|---|
이산 (Discrete) | 정수 | 확률질량 정의 가능, 점들 사이에 간격이 있음 |
밀도 (Dense) | 유리수, 무리수, 실수 | 임의의 두 수 사이에 항상 원소가 존재, 근사 가능성 있음 |
연속 (Continuous) | 실수 | 빈틈 없이 수직선을 채움, 적분과 극한이 정의됨 |
가산 (Countable) | 정수, 유리수 | 원소를 순서대로 나열 가능, 열거 가능함 |
무한 (Infinite) | 정수, 유리수, 무리수, 실수 | 끝이 없는 크기, 극한 과정과 기수 분류 가능 |
Fig. 1. 수직선 상의 수체계 시각화