Nullával osztás: miért tiltott és mit jelent az 0/0 határozatlanság
Nullával osztás magyarázata: miért tiltott, hogyan keletkezik a 0/0 határozatlanság, következmények és példák egyszerű, érthető matematikai magyarázattal.
A matematikában egy szám nem osztható nullával — ezt többféleképpen is meg lehet indokolni. Vizsgáljunk meg néhány egyszerű példát:
1. A ∗ B = C {\displaystyle A*B=C} 
Ha B = 0, akkor C = 0 — ez helyes. Azonban ha megpróbálunk visszafelé haladva osztani, felmerik nehézségek:
2. A = C / B {\displaystyle A=C/B} 
Ha itt B = 0, akkor formálisan csak azt írjuk le, hogy osztottunk nullával — ez már nem értelmezett a szokásos számok között. Konkrétabban:
3. A = 0 / 0 {\displaystyle A=0/0} 
Mi a gond a 0/0-val? A 0/0 esetén bármely valós számra igaz lehetne, hogy A*0 = 0, tehát nincs egyetlen egyértelmű érték, amit 0/0-nak mondhatnánk. Emiatt a 0/0-t a gyakorlatban általában határozatlan alaknak (indeterminate form) nevezzük, különösen a határérték-számításban: a kifejezés határértéke többféle lehet a konkrét kifejezéstől függően, ezért a határértéket külön kell számolni.
És mi a helyzet az A/0 (A ≠ 0) esetén? Amikor az osztó nulla, de az osztandó nem nulla, az osztás a valós számok között egyszerűen nem értelmezett. Sokszor mondjuk, hogy az ilyen kifejezés "végtelenhez vezet", vagy a kiterjesztett valós számokban ±∞-hez kapcsolható, de fontos megérteni, hogy ±∞ nem valós szám, és a megszokott számelméleti szabályok (például a megszokott összeadás, szorzás, egyenletek kezelése) nem alkalmazhatók rájuk úgy, mint a valós számokra.
Összefoglalás — miért tiltott a nullával osztás?
- A nullával osztás a valós számok között nem ad értelmes, egyértelmű eredményt: 0/0 esetén nincs egyetlen meghatározott érték, A/0 (A ≠ 0) esetén pedig nincs olyan valós szám, amely megfelelne a definíciónak.
- A 0/0 különleges: a határérték-számításban "határozatlan alak", ezért itt csak a konkrét kifejezés vizsgálatával (például algebrai átalakítással vagy l'Hôpital-szabállyal) lehet eldönteni a határértéket.
- A számítástechnikában és a programozásban a nullával osztás általában hibához (kivételhez) vezet — ezért fontos ellenőrizni az osztót.
Példák a gyakorlatból:
- lim x→0 (x/x) = 1, bár a kifejezés x=0-nál 0/0 lenne — a határérték viszont jól definiált.
- lim x→0 (1/x) nem létezik a valós számok között; a bal és jobb oldali határérték ±∞-hez tart.
Röviden: a nullával osztás a szokásos értelemben tilos, mert nem ad egyértelmű, értelmezett eredményt; 0/0-t határozatlannak nevezzük és külön kezeljük, míg A/0 (A ≠ 0) esetén az osztás egyszerűen nem értelmezett (esetleg végtelennek tekinthető a kiterjesztett számrendszerben).
Megjegyzés: a cikk elején szereplő linkek és ábrák a magyarázat illusztrálására szolgálnak.
Hibás bizonyítások nullával való osztás alapján
A nullával való osztás egy speciális esetét algebrai érvvel lehet álcázni. Ez olyan érvénytelen bizonyításokhoz vezethet, mint például az 1=2, mint az alábbiakban:
A következő feltételezésekkel:
0 × 1 = 0 0 × 2 = 0. {\displaystyle {\begin{aligned}0\times 1&=0\\\\0\times 2&=0.\end{aligned}}}} 
A következőknek igaznak kell lenniük:
0 × 1 = 0 × 2. {\displaystyle 0\times 1=0\times 2.\,} 
Ha nullával osztjuk, akkor megkapjuk:
0 0 × 1 = 0 0 × 2. {\displaystyle \textstyle {\frac {0}{0}}}\times 1={\frac {0}{0}{0}}\times 2.} 
Egyszerűsítés:
1 = 2. {\displaystyle 1=2.\,} 
A tévedés az a feltételezés, hogy a 0-val való osztás egy törvényes művelet, ahol 0/0 = 1.
A legtöbb ember valószínűleg felismerné, hogy a fenti "bizonyíték" helytelen, de ugyanezt az érvet úgy is be lehet mutatni, hogy nehezebb legyen észrevenni a hibát. Ha például az 1-et x-ként írjuk, akkor a 0-t el lehet rejteni az x-x mögé, a 2-t pedig az x+x mögé. A fent említett bizonyítás ekkor a következőképpen jeleníthető meg:
( x - x ) x = 0 ( x - x ) ( x + x ) = 0 {\displaystyle {\begin{aligned}(x-x)x=0\\\(x-x)(x+x)=0\end{aligned}}}} 
ezért:
( x - x ) x = ( x - x ) ( x + x ) . {\displaystyle (x-x)x=(x-x)(x+x).\,} 
Ha elosztjuk x - x-szel, megkapjuk:
x = x + x {\displaystyle x=x+x\,} 
és osztva x-szel megkapjuk:
1 = 2. {\displaystyle 1=2.\,}
A fenti "bizonyítás" helytelen, mert akkor oszt nulla, amikor x-x-szel oszt, mert minden szám mínusz önmaga nulla.
Calculus
A számtanban a fenti "határozatlan formák" is a határértékek kiértékelése során történő közvetlen helyettesítés eredményeként jönnek létre.
Osztás nullával a számítógépekben
Ha egy számítógépes program megpróbál egy egész számot nullával osztani, az operációs rendszer általában észleli ezt, és leállítja a programot. Általában kiír egy "hibaüzenetet", vagy tanácsot ad a programozónak a program javítására[]. A nullával való osztás gyakori hiba a számítógépes programozásban. A lebegőpontos számok (tizedesjegyek) nullával való osztása általában vagy a végtelent, vagy egy speciális NaN (not a number) értéket eredményez, attól függően, hogy mit osztunk nullával.
Osztás nullával a geometriában
A geometriában 1 0 = ∞ . {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{0}}=\infty . } 
Ez a végtelen (projektív végtelen) nem pozitív vagy negatív szám, ugyanúgy, ahogy a nulla sem pozitív vagy negatív szám.
Kérdések és válaszok
K: Mi az eredménye egy szám nullával való osztásának?
V: Egy szám nullával való osztása "meghatározatlan" vagy "határozatlan alakot" eredményez, ami azt jelenti, hogy nincs egyetlen értéke sem.
K: Mit jelent a 0/0?
V: A 0/0-ról azt mondjuk, hogy "határozatlan alakú", mert nincs egyetlen értéke sem.
K: Mi történik, ha két szám egyenlő ugyanannak a dolognak, de ez a dolog 0/0?
V: A matematika szokásos szabályai nem működnek, ha a számot nullával osztjuk, így a két szám nem lenne egyenlő egymással.
K: Igaz-e, hogy bármilyen kísérlet egy A/0 alakú szám meghatározására a végtelen értékét fogja eredményezni?
V: Igen, minden kísérlet az A/0 alakú szám meghatározására (ahol A nem 0) a végtelen értékét fogja eredményezni, ami önmagában nem definiált.
K: Hogyan határozhatjuk meg, hogy két szám egyenlő-e egymással?
V: Azt, hogy két szám egyenlő-e egymással, úgy tudjuk megállapítani, hogy megnézzük, hogy mindkettő ugyanazzal a dologgal egyenlő. Általában ez működik, azonban ez nem alkalmazható, ha mindkét szám egyenlő 0/0-val.
K: Van kivétel arra az esetre, amikor nem oszthatunk el egy számot nullával? V: Igen, a matematikában nem lehet egy számot nullával osztani.
Keres