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La arquitectura de los números reales: racionales, irracionales y la recta numérica

El conjunto de los números reales, representado por \(\mathbb{R}\), reúne todos los números que pueden ubicarse en la recta numérica. Dentro de este sistema encontramos números naturales, enteros, racionales e irracionales.

Los conjuntos numéricos fundamentales

Los principales conjuntos numéricos se relacionan mediante inclusiones:

\[
\mathbb{N}\subset\mathbb{Z}\subset\mathbb{Q}\subset\mathbb{R}.
\]
Esto significa que todo número natural es entero, todo entero es racional y todo racional es real.

Por ejemplo,

\[
3\in\mathbb{N},\qquad
3\in\mathbb{Z},\qquad
3\in\mathbb{Q},\qquad
3\in\mathbb{R}.
\]

Números racionales

Los números racionales son aquellos que pueden escribirse como cociente de dos números enteros:

\[
\mathbb{Q}
=
\left\{
\frac{p}{q}
:
p,q\in\mathbb{Z},
\ q\neq 0
\right\}.
\]
Algunos ejemplos son:

\[
-2,\qquad
\frac{1}{2},\qquad
3.
\]
En efecto,

\[
-2=\frac{-2}{1},
\qquad
\frac{1}{2}=\frac{1}{2},
\qquad
3=\frac{3}{1}.
\]
Por tanto,

\[
-2,\frac12,3\in\mathbb{Q}.
\]

Números irracionales

Los números irracionales son los números reales que no pertenecen al conjunto de los racionales.

\[
\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}.
\]
Dos ejemplos clásicos son

\[
\sqrt{2}
\qquad\text{y}\qquad
\pi.
\]
Ambos son números reales, pero no pueden escribirse como una fracción de enteros.

\[
\sqrt{2}\in\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q},
\qquad
\pi\in\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}.
\]

Cómo se construye el conjunto de los números reales

Los números reales están formados por dos grandes clases:

  • los números racionales;
  • los números irracionales.

Por ello podemos escribir

\[
\mathbb{R}
=
\mathbb{Q}
\cup
\left(\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}\right).
\]
Además, ambos subconjuntos son disjuntos:

\[
\mathbb{Q}
\cap
\left(\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}\right)
=
\varnothing.
\]

Ejemplos y clasificación

Veamos cómo se clasifican algunos números concretos.

Para \(3\):

\[
3\in\mathbb{N},
\qquad
3\in\mathbb{Z},
\qquad
3\in\mathbb{Q},
\qquad
3\in\mathbb{R}.
\]
Para \(-2\):

\[
-2\in\mathbb{Z},
\qquad
-2\in\mathbb{Q},
\qquad
-2\in\mathbb{R}.
\]
Para \(\frac12\):

\[
\frac12\in\mathbb{Q},
\qquad
\frac12\in\mathbb{R}.
\]
Para \(\sqrt2\):

\[
\sqrt2\in\mathbb{R},
\qquad
\sqrt2\notin\mathbb{Q}.
\]
Para \(\pi\):

\[
\pi\in\mathbb{R},
\qquad
\pi\notin\mathbb{Q}.
\]

Los números reales y la recta numérica

Una interpretación fundamental del conjunto \(\mathbb{R}\) es que cada número real corresponde a un punto de la recta numérica.

En ella podemos situar números racionales como

\[
-2,\qquad
0,\qquad
\frac12,\qquad
3,
\]
y números irracionales como

\[
\sqrt2
\qquad\text{y}\qquad
\pi.
\]
Por ejemplo,

\[
1<\sqrt2<2 \] y también \[ 3<\pi<4. \]

La idea esencial

El conjunto de los números reales \(\mathbb{R}\) contiene todos los puntos de la recta numérica y está formado por números racionales e irracionales.

Los racionales pueden escribirse como fracciones de números enteros, mientras que los irracionales no pueden hacerlo.

En resumen,

\[
\boxed{
\mathbb{N}
\subset
\mathbb{Z}
\subset
\mathbb{Q}
\subset
\mathbb{R}
}
\]
y

\[
\boxed{
\mathbb{R}
=
\mathbb{Q}
\cup
\left(
\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}
\right)
}.
\]
Por eso, no todos los números reales son fracciones de enteros.

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