无穷 · 也有大小之分
📐 数学陷阱
常见
第 12 / 16 张
自然数有无穷多个,实数也有无穷多个,但数学家证明了实数的「无穷」比自然数更大——无法把它们一一对应起来。无穷不是终点,而是可以比较的对象。
一个问题
关于「无穷」,现代数学的结论是?
- 所有无穷一样大
- 不同无穷可以比较大小✓ 正确答案
- 无穷不存在
- 无穷等于零
为什么是这个答案
这个结论在 19 世纪末引发了巨大争议,康托尔为此付出了极大代价,但今天它已是数学的基础。
再多讲一点
康托尔用对角线论证证明了实数不能与自然数一一对应:假设可以列出所有实数,构造一个新的数,让它的第 n 位小数与列表中第 n 个数的第 n 位不同,这个数就必然不在列表里,矛盾。由此实数集的基数大于自然数集,前者记为 ℵ₁(连续统)。无穷之间可以比较大小,这是 19 世纪数学最反直觉的结论之一。
- 「连续统假设」(是否存在介于 ℵ₀ 与 ℵ₁ 之间的基数)被证明在标准集合论公理下既不能被证明也不能被证伪。
- 康托尔因这些工作遭到同代数学家的强烈抵制,晚年精神状况恶化,1940 年代哥德尔与科恩的工作才彻底确立了它的地位。
- 可数无穷之上还有更高阶的无穷,幂集运算可以不断生成更大的基数,没有上限。
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