绝对值

算术

jué duì zhí

一个数的绝对值是它在数轴上与零的距离,结果永远非负。

Formula

|x| = x \text{ if } x \ge 0; \ -x \text{ if } x < 0
Visualization

Definition

一个数的绝对值是它与零之间的距离,与方向无关,总是正数或零,用竖线表示:$|5| = 5$,$|-5| = 5$。对实数 $x$,若 $x \ge 0$ 则 $|x| = x$,若 $x < 0$ 则 $|x| = -x$,其关键性质包括 $|x| \ge 0$、$|xy| = |x||y|$,以及三角不等式 $|x + y| \le |x| + |y|$;$|x - y|$ 衡量的是 $x$ 与 $y$ 在数轴上的距离。更抽象地说,$|x|$ 在 $\mathbb{R}$ 上定义了一个范数($|x| \ge 0$;$|x| = 0$ 当且仅当 $x = 0$;$|cx| = |c||x|$;$|x+y| \le |x|+|y|$),由此生成度量 $d(x,y) = |x-y|$,使得 $\mathbb{R}$ 成为一个完备度量空间;在 $\mathbb{C}$ 中,对 $z = a+bi$,$|z| = \sqrt{a^2 + b^2}$ 是欧几里得范数,而在 $\mathbb{Q}$ 上,$p$ 进绝对值 $|x|_p = p^{-v_p(x)}$ 给出了一种完全不同的度量。

Example

$|-8| = 8$(距零 $8$ 步),$|3| = 3$,$|0| = 0$;$-10$ 度和 $+10$ 度的温度都距零点 $10$ 度。$|5 - 12| = |-7| = 7$($5$ 到 $12$ 的距离),$|(-3)(4)| = |-12| = 12 = |-3| \times |4|$。在 $3$ 进制度量下,序列 $1, 3, 9, 27, 81, \ldots$ 收敛到 $0$,因为 $|3^n|_3 = 3^{-n} \to 0$,而 $p$ 进数 $\mathbb{Q}_p$ 正是 $\mathbb{Q}$ 在这种绝对值下的完备化,在现代数论中被广泛应用。

Key Insight

绝对值问的是"有多远?"而不是"朝哪个方向?"三角不等式是数学中最重要的不等式之一,可以推广到向量、函数和度量空间,是一切基于距离的分析学的基础。奥斯特洛夫斯基定理对 $\mathbb{Q}$ 上所有的绝对值进行了分类:它们恰好就是通常的实数绝对值、各种 $p$ 进绝对值以及平凡绝对值,选择其中哪一种,决定了整个数系的几何结构。