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實數大小比較典型題

生活 更新时间:2024-07-23 23:36:06

上一期證明了實數是連續的,這是有理數所沒有的性質,這一期來證明實數集不可列,也就是不能排成一列,實數集不可列其實與實數系連續性定理是有關聯的。可列的無窮集合我們叫做可數集合,不可列的叫做不可數集合。其實對無窮這個概念,人很難直觀去感知,如果集合是有限的,我們能夠比較它們元素個數的多少,但都是無窮,無窮之間有等級嗎?答案是有等級,由于是無限的,無法用具體的數子表示元素個數,所以就定義了“勢”或“基數”這個概念。如果兩個無窮集合等勢,就表明它們元素個數相等,也可以說有相同的基數。涉及到無限,這裡就會有一些違背人直覺的結論,例如,整數集元素個數和有理數集元素個數相同,即整數集和有理數集的基數相等,都是可數集,可數集的基數記作a。要證明有理數集可數隻要能将全體有理數排成一列就可以了,接下來我們證明實數不可數,這其實意味着實數要比有理數多得多。如果将全體實數比作整個夜空,那麼有理數隻是夜空中的星星。

前面說了實數集不可列與實數系連續性定理是關聯,所以下面用兩種方法證明實數集不可列。

現證明[0,1]上的所有實數不可列

方法一:

反證法。假若實數集可列,則将(0.1)上的所有實數排成一列:

實數大小比較典型題(證明實數不可列)1

現在找一個(0.1)上不在這一列中的實數,

實數大小比較典型題(證明實數不可列)2

顯然y與列表中任何實數都不相同,可是(0.1)上的所有實數都排在這個列表中,于是矛盾。

方法二:方法二利用了實數系基本定理之中的閉區間套定理。

反證法。假若實數集可列,則将(0.1)上的所有實數排成一列:

實數大小比較典型題(證明實數不可列)3

實數大小比較典型題(證明實數不可列)4

有些同學可能會想,實數比有理數多很多,那它們數量之間有沒有一個關系。由于有理數集和實數集都是無窮集合,無法用數字來表示數量的多少,但可以将它們的基數做一個比較,在我的短視頻中,證明了實數集與可數集的幂集等勢,如果a是可數基數,c為實數集基數,則c等于2的a次方。

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