無窮也分大小
自然數和偶數一樣多
今天,在吃飯的時候8歲表妹問到超模君,什麼數是最大的呢?
咳咳(假裝潤喉),看來前幾天學的有關無窮大的知識終于能用(zhuang)上(bi)了。
在原始人時期,人們數數最多數到 3 ,因為對他們來說 3 之後就是很大很大的數字。也就是說,假如原始人玩數最大的遊戲,誰先從 1 開始數,誰就能獲勝。
後來一直到了古希臘時期,一位哲學家——亞裡士多德首先提出了無窮這一想法,也就是表妹說的“無數”,之後才有了無窮大這個概念。
亞裡士多德
答案是:自然數和偶數一樣多!
怎麼說?
首先我們想象一下,把奇數寫在上面,偶數寫在下面。再把奇數1拿上去,偶數2拿下來,以此類推,隻要這樣進行下去,哪方拿出一個數以後,另一方拿不出數,那麼當然就是最後拿出數字的那一方數比較大。
可是拿出奇數或者偶數這個動作可以做多少次呢?
我們會發現,是無窮次,所以這樣對比是沒有意義滴!
康托爾是這麼認為的(敲黑闆)。按照上圖的方法可以看出,奇數和偶數是存在無數對一一對應,這就說明,偶數和奇數的個數是一樣的。
這種方法也叫做無窮大數算數。
現代集合論奠基人—康托爾
但是這還沒有完,按照正常人的想法,自然數包括奇數和偶數,總體大于部分,那自然數肯定大于偶數呀。
先别急,我們換種方式思考下,繼續用上面的方法.
把基數一行換成自然數(n),把偶數行換成對應自然數的倍數(2n),我們會發現,這樣自然數和偶數也是一一對應的,也是是說偶數數量和自然數數量是一樣多,這在現代集合論中,稱之為等勢。
通常來說在集合理論中,如果兩個無窮大相等,就叫做等勢,也叫有相同的基數(不是奇數哦),基數簡單來說就是無窮集合中的元素個數。
剛剛我們說過的自然數與偶數就是等勢。同理,隻要把對應自然數的2倍減1(2n-1)就可以發現奇數和自然數也是一一對應,所以奇數和自然數也是等勢。
我們首先把兩條線段其中一端相連,構成一個三角形,然後畫一條和底線平行的虛線。
然後你會發現,虛線經過線段A截出點C,同時就可以在線段B上戳出點C',這兩個點就是一一對應的關系,所以這樣看,線段A、B上點的個數是一樣的。
我們再看看線段和平面,取長度為 1 的線段和邊長為 1 的正方形。正方形上任意一個點都會有坐标,比如(0.56,0.89),在線段上我們上就可以表示為0.5689,它們還是一一對應。
同理線段和立方體也是一樣,即同為等勢。
由于「直線上的點」不僅有自然數還有無理數,所以無法在自然數中找到「直線中全部的點」,但是自然數都可以在「直線的點」裡找到。
顯而易見,直線和自然數不是等勢的,且直線的勢大于自然數的勢。
我們設自然數集和線段的點集分别為第一,第二級勢,那麼隻要找到比他更大的勢的就可以啦!
舉個列子,曲線上的點集就是比線段上的點集還要大的勢。曲線上的點在線段上無法找到全部的點一一對應,所以說曲線上的點比線段上的點要大。
表妹非常激動地留了眼淚,心裡默默想着:我要回去找我朋友炫(zhuang)耀(bi)了!!
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