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【新版本】由删不净定理证明:自然数集N和实数集R是有穷集

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新版本的------ 由删不净定理证明:自然数集N和实数集R是有穷集-----补充了一部分解释性内容,语言表述也改进了一点。但是,无穷问题是最难理解的问题之一,易蒙圈,所以,表述显得啰嗦,篇幅较长。


1楼2013-02-21 17:08回复
    一 ,前言
    创立非标准分析的鲁宾逊于1964年在逻辑学、方法论和科学哲学国际会议上所作报告指出:
    “关于数学基础,我的立场(见解)是基于如下的两个原则:
    (1)无穷集按任何词义来说都不存在(无论在实际上或理论上都不存在),更精确地说,关于无穷集的任何陈述或大意陈述都在字面上简直是无意义的。
    (2)但是我们还是应该如通常那样去从事数学活动,就是说当我们做起来的时候,还是应该把无穷集当作似乎是真实存在的那样。”
    近现代主流数学理论认为:实数集R具有稠密性,也就是在数轴上,任何两个实数a和b,a<b,存在c ,a<c<b;实数集R中的实数添满了数轴使数轴上没有空隙了;实数集R对加、减、乘、除(除数不为零)是封闭的,即任意两个实数的和、差、积、商(除数不为零)仍然是实数。
    可以证明的是:上面这种数学思想在它们的数学体系中,是存在自相矛盾和错误的;像自然数集N不具有稠密性一样,实数集R也不具有稠密性;实数集R对加、减、乘、除(除数不为零)不是封闭的。
    实数集R不具有稠密性,R存在最大数和最小数,R是有穷集
    这个证明暂称之为一个数学上的悖论,供人们理解和思考鲁宾逊的数学哲学观之用。


    2楼2013-02-21 17:12
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      第1部分:D删不净定理,N删不净定理
      存在一种从一个非空的实数集D(D是实数集R的子集)中删除元素,但却不可能把该集盒中的所有元素都删除掉的方法。删不净定理就是关于这种删除元素的方法的一个定理。
      非空的实数集D删不净定理,简称D删不净定理,它是这样的:
      我们按照下面的规律从D中删除它的元素:
      如果实数集D中存在的不同元素不少于2个元素,则D中存在元素b1以及比b1更大的元素,在这样的条件下,我们第1次从D中删除≤b1的所有元素;
      之后,如果D中剩余的不同元素不少于2个元素,则D中存在元素b2以及比b2更大的元素,在这样的条件下,我们第2次从D中删除≤b2的所有元素;
      之后,如果D中剩余的不同元素不少于2个元素,则D中存在元素b3以及比b3更大的元素,在这样的条件下,我们第3次从D中删除≤b3的所有元素;
      依此类推,…
      按照这种删除D中元素的规律,我们不可能把D中的所有元素都删除掉(即删不干净,不能把D删成空集)。
      下面我们来证明D删不净定理:
      在D中存在的元素不少于2个元素的条件下,我们从D中删除1个元素b,则D中必然还有剩余元素。我们将这一结论称为有剩余定理。
      在D中只有1个元素的条件下,我们从D中删除1个元素b,则D中必然没有剩余元素,我们将这一结论称为无剩余定理。
      由无剩余定理和有剩余定理,我们必然能得到这个结论:对于D,当且仅当在D中只有1个元素的条件下,我们从D中删除1个元素a,D中才会没有剩余元素,否则D中不可能没有剩余元素。
      因为,按照D删不净定理程序从D中一次接一次地删除元素的每一步骤,都遵守有剩余定理,并且没有一次遵守无剩余定理,所以,按实数集D删不净定理程序从D中一次接一次地删除元素,我们不可能把该集中的所有元素都删除掉(即删不干净,不能把集D删成空集)。
      D删不净定理证毕。
      提出D删不净定理的目的,是为了证明自然数集和实数集是有穷集。
      我们应用D删不净定理对自然数集N(在此情况下,D=N)的元素进行删除,并规定删除N中的元素的顺序为:按照从小到大的顺序,一个接一个地删除N中的元素。这样的话,我们便得到下面的一个关于自然数集N的删不净定理,简称N删不净定理:
      在N中存在的不同元素不少于2个元素的条件下,我们第1次从N中删除第1个元素1;
      之后,在N中剩余的不同元素不少于2个元素的条件下,我们第2次从N中删除第2个元素2;
      之后,在N中剩余的不同元素不少于2个元素的条件下,我们第3次从N中删除第3个元素3,依此类推,…
      按照这种删除N中元素的规律,我们不可能把N中的所有元素都删除掉(即删不干净,不能把N删成空集)。
      现在我们证明:按照N删不净定理,我们从自然数集N中能删除掉的所有元素组成的集盒U,就是自然数集N中的所有存在后继数的数组成的集盒W,即:
      U=W
      下面证明这个结论:
      对于W中的任何一个数x,因为x与其后继数x+1为N中的2个不同元素,不少于两个元素,所以,按照N删不净定理,x是在有限步骤内完成删除的第x个元素。这就证明了:
      若x∈W,则x∈U,即x∈W→x∈U。因此,W是U的一个子集。
      又因为U中不可能包含自然数集N中的无后继数的元素(按照N删不净定理,不允许删除这类元素),因此,U是W的子集。
      这样的话,按照两个集盒相等的定义(即:若W∈U,U∈W,则U=W)可证明:
      U=W。


      3楼2013-02-21 17:20
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        第2部分:由实数集D删不净定理证明:自然数集N是有穷集
        前面已证明,按照N删不净定理,我们从自然数集N中能删除掉的所有元素组成的集盒U,就是自然数集N中的所有存在后继数的数组成的集盒W,即U=W。自然地,按照实数集D删不净定理程序对自然数集N(在此情况下,D=N)的元素进行删除,U=W是成立的。
        令命题a为:按照D删不净定理程序对自然数集N(在此情况下,D=N)的元素进行删除,在三次操作之内(即三步操作之内),能够将W中的所有元素都从N中删除掉(即能够将W删成空集)。
        令与a相矛盾的命题b为:按照D删不净定理程序对自然数集N的元素进行删除,在三次操作之内(即三步操作之内),不能够将W中的所有元素都从N中删除掉(即不能够将W删成空集)。
        无疑地,命题b与a在逻辑上是矛盾关系:若b真,则a假;若b假,则a真。
        由命题b可推出命题c:按照D删不净定理程序对自然数集N的元素进行删除,在三次操作之内,W中至少剩余一个元素x。
        命题c断言,在三次操作之内,W中至少剩余一个元素x。若c是真的,无疑地,W中存在≤x-1的元素,我们设W中的所有的≤x-1的元素组成的集盒为A,A是W的子集;W中存在≤x的元素,我们设W中的所有的≤x的元素组成的集盒为B,B是W的子集。
        由命题c可推出命题d:按照D删不净定理程序对自然数集N的元素进行删除,在三次操作之内,至多能够将W中的所有的≤x-1的元素都删除掉,即最多能够删除W的子集A中的所有元素。
        由命题d可推出命题e:按照D删不净定理程序对自然数集N的元素进行删除,在三次操作之内,不能够将W中的所有的≤x的元素都删除掉,即不能够删除W的子集B中的所有元素。
        我们很容易证明e是假的。
        【证明】 按照D删不净定理程序对自然数集N的元素进行删除,在三次操作之内,能够将W中的所有的≤x的元素都删除掉。
        出现矛盾,故e是假的。
        由e是假的,可推出b是假的。由b是假的,可推出a是真的。
        因a是真的,所以,在三次操作之内,能够将W中的所有元素都从N中删除掉(即能够将W删成空集)。
        因为,按照D删不净定理,不可能将自然数集N中的所有元素都删除掉,所以,在将W中的所有元素都删除掉之后,自然数集N中必然还存在剩余元素-----无后继数的自然数,这就是自然数集中的最大数k。
        由此可证:
        自然数集N是有穷集。


        4楼2013-02-21 17:27
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          为了更好地理解上面的论证,这里做一点补充性说明。
          命题a和b,都是对D删不净定理在三次操作之内(即三步操作之内),至多能删除W中的多少个元素(即由从W中删除掉的所有的元素组成的集盒,至多(即最多)含有多少个元素)的断言,都是对D删不净定理在三次操作之内(即三步操作之内)删除W中的元素的能力大小的断言。
          命题a断言,D删不净定理在三次操作之内删除W中的元素的能力在大小性方面,达到了能够将W中的所有元素都从N中删除掉(即能够将W删成空集)的程度。
          命题b断言,D删不净定理在三次操作之内删除W中的元素的能力在大小性方面,没有达到能够将W中的所有元素都从N中删除掉(即能够将W删成空集)的程度。
          每一种具体的能力在大小性方面具有确定性,是指它不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2,z1比z2大,或z2比z1大。这是由矛盾律决定的。
          命题a和b存在矛盾关系,就是因为能力不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2。命题a和b存在矛盾关系的必要条件是,任一具体能力不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2。
          命题d断言,按照D删不净定理程序对自然数集N的元素进行删除,在三次操作之内,至多能够将W中的所有的≤x-1的元素都删除掉,即最多能够删除W的子集A中的所有元素。
          因此,命题d断言的是,按照D删不净定理程序在三次操作之内删除W中的元素的能力的大小性值z,最多能达到将W中的所有的≤x-1的元素都删除掉的程度,即z≤(x-1)个元素,也就是z≤W的子集A的基数(x-1)。
          上面已经证明,z≥x个元素,也就是z≥W的子集B的基数x。
          这样的话,就出现了:既z≤(x-1)个元素,又z≥x个元素。但是,任一具体能力不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2。因此产生矛盾,故命题d是假的,因此命题a是真的。
          下面用具体实例说明这个问题。
          一种能力的大小都是指该能力大小性达到的最大值、极大值(常用“极限”这个词语表达),否则能力的大小、强弱的概念就无存在价值了。可见,超过某能力大小性范围内的东西,是该能力无法达到的东西。
          能力的大小性值不能同时具有两个不同的z1和z2,这是由矛盾律决定的。因此,D删不净定理程序在三次操作之内的这个z值是唯一的、确定的。
          按照N删不净定理程序,在三次操作(即三步操作)之内,至多能删除W中的三个元素“1,2,3”。 “删除W中的三个元素”,这是N删不净定理在三次操作之内删除W中的元素的能力的“大小性值”,用z表示“大小性值”,则z=3。当然,该程序有能力在三次操作之内删除W中的2个元素,但z≠2,因为能力的“大小性值”是指该能力的大小性达到的“最大值”(常用“极限”这个词语表达)。
          按照D删不净定理程序在三次操作之内删除D中的元素的能力的大小性值z,对不同的D对应不同的z。
          对于集盒H1={1,2,3,4,5,6,7,8},在此情况下D=H1,z=7。
          对于集盒H2={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11},在此情况下D=H2,z=10。
          按D删不净定理程序在三次操作之内删除实数集R中的元素的能力的大小性值z,z>7是成立的。z>7成立,证明该z是有意义的,不是无意义的。
          D删不净定理程序在三次操作之内的这个z值是唯一的、确定的。
          因为这个z值是唯一的、确定的,所以,按D删不净定理程序在三次操作之内删除掉的实数集R中的元素是唯一确定的,即由被删除掉的R的元素组成的集盒*R是唯一的、确定的。
          因为这个z值是唯一的,所以,按D删不净定理程序在三次操作之内删除掉的自然数集N中的元素也是唯一确定的,即即由被删除掉的N的元素组成的集盒*N也是唯一的、确定的。
          因为集盒*N是唯一确定的,所以,按D删不净定理程序在三次操作之内,能够删除掉W中所有元素的那个证明是正确的。


          5楼2013-02-21 17:32
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            为了更好地理解上面这一证明,这里做一点补充性说明。
            按照自然数集N删不净定理程序,依自然数从小到大的顺序一个接一个地删除掉N中元素:1→2→3→…→n→…,能够将W中的所有元素都从N中删除掉。
            这是对N删不净定理删除W中的元素的能力大小的断言,它断言了------N删不净定理删除W中的元素的能力大小------达到了“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度。
            若否定这个断言,就是肯定“N删不净定理删除W中的元素的能力大小,没有达到“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度”。
            每一种具体的能力在大小性方面具有确定性,它不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2,z1比z2大,或z2比z1大。这是由矛盾律决定的。
            按照N删不净定理程序删除W中的元素的能力大小,要么达到了“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度”,要么没有达到了“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度”,二者必居其一,不能同时成立。
            这两个大小不同的删除能力存在矛盾关系,就是因为能力不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2。这两个大小不同的删除能力存在矛盾关系的必要条件是,任一具体能力不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2。
            假设按照N删不净定理程序删除W中的元素的能力大小,没有达到“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度,那么,按照N删不净定理程序对W中的元素进行删除,W中至少剩余一个元素x。
            由此可推出命题j:按照N删不净定理程序对W中的元素进行删除,至多能够将W中的所有的≤x-1的元素都删除掉。
            由j可推出命题k:按照N删不净定理程序对W中的元素进行删除,不能够将W中的所有的≤x的元素都删除掉。
            容易证明,命题k是假的。
            【证明】因为U=W,x∈U,按照N删不净定理程序,x在第x次删除操作中被从U中删除掉了。
            出现矛盾,故命题k是假的。
            由命题j可推出,按照N删不净定理程序删除W中的元素的能力的大小性值z,最多能达到将W中的所有的≤x-1的元素都删除掉的程度,即z≤(x-1)个元素,(x-1)个元素是指从W中删除掉的元素的个数。
            由命题k可推出,按照N删不净定理程序删除W中的元素的能力的大小性值z,不能达到将W中的所有的≤x的元素都删除掉的程度,即z<x个元素,x个元素是指从W中删除掉的元素的个数。
            因为命题k是假的,所以,z≥x。
            命题j断言z≤(x-1)个元素,命题k断言,z<x个元素,二者是等价的,是同一回事。J和k是假的,所以z≥x个元素。因为,任一具体能力不能同时具有两个不同的大小性值z1和z2,所以既z<x个元素,又z≥x个元素是矛盾的。
            因此,按照N删不净定理删除W中的元素的能力大小,没有达到“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度的断言是假的。
            所以,按照N删不净定理删除W中的元素的能力大小,达到了“能够将W中的所有元素都从N中删除掉”的程度的断言是真的。


            9楼2013-02-21 18:00
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              10楼2013-02-21 18:01
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                好长的帖子。


                11楼2013-02-21 18:04
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                  按照实无穷论者的观点,是能够将W中的所有元素都从N
                  中删除掉的。
                  主帖已经证明,按照自然数集N删不净定理,我们从自然数集N中能删除掉的所有元素组成的集U,就是自然数集N中的所有存在后继数的数组成的集W,即U=W。
                  这就是说,按照自然数集N删不净定理程序,依自然数从小到大的顺序一个接一个地删除掉N中元素:1→2→3→…→n→…,能够将W中的所有元素都从N中删除掉。
                  实无穷论者认为,无穷过程能进行完毕。按照实无穷论者的观点,是能够将W中的所有元素都从N中删除掉的。实无穷论者认为他们成功地解决了千古难题“芝诺悖论”,使用的证明方法就是无穷过程能进行完毕的无穷观。芝诺悖论有很多翻版。
                  下面是按实无穷论者的观点进行的论证及产生的矛盾:
                  按照自然数集N删不净定理程序,用1/2分钟删掉了W中的1,然后用1/4分钟删掉了W中的2,然后用1/8分钟删掉了W中的3,然后用1/16分钟删掉了W中的4,依此类推重复下去,…
                  当到达1分钟时,按照自然数集N删不净定理程序,W中的所有元素都删掉了,即所有存在后继数的自然数都被从N中删除了。若W=N,则将N中的所有元素都删除掉了,与自然数集N删不净定理“相矛盾”。
                  上面的无穷个项的和(即收敛的正项级数的和)是:
                  1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 … =1


                  12楼2013-02-21 18:07
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                    与本主帖类似的几个著名无穷悖论
                    1,汤姆森灯悖论
                    汤姆森灯是由一个按钮开关控制着的,按一下灯亮,再按一下灯灭,再按一下灯又亮。一个超自然的精灵喜欢玩这盏灯:把灯点亮1/2分钟,然后熄灭1/4分钟,再点亮1/8分钟,再熄灭1/16,依此类推。1/2+1/4+1/8+…这个级数等于1。到1分钟结束时,这个精灵按了无穷次开关。现在问:到1分钟结束的最后一瞬间,灯是亮的还是灭的。
                    根据上述对此灯的操作描述,我们可以判定电灯按钮每按奇数次,灯亮,每按偶数次,灯灭。另一方面,无可辩驳的一点是,灯最终要么是亮着的,要么是灭着的。但令人奇怪的是,我们根本无法知道最后灯是亮着的还是灭着的。对于这个问题,持潜无穷观点的人会不回答这个问题,因为任何无限过程都不能进行完毕。而持实无穷观点的人碰到这个问题,它可不能回避它,实无穷论者都承认无穷进程能进行完毕,但实际上他们却无法回答。
                    按实无穷观,本主帖的删数过程能进行完毕,即当到达1分钟时,按照自然数集N删不净定理程序,W中的所有元素都删掉了,即所有存在后继数的自然数都被从N中删除了。
                    2,汤姆森灯的另一种形式是抛球悖论:
                    设有甲、乙二人互相抛球,甲先用1/2分钟时间把球抛给乙,而乙随之又用1/4分钟时间把球抛给甲,而甲又用1/8分钟时间把球抛给乙,如此往复以至无穷。1/2+1/4+1/8+…这个级数等于1。
                    现在问:到1分钟结束时,球落在了甲手中还是乙手中?抛球悖论也是芝诺悖论的一种引伸和翻版。
                    3,圆周率机悖论
                    打开圆周率机之后,它迅速地计算圆周率的各位数字,每计算完一位数字,这个数字就显示在圆周率机的窗口中:圆周率机用1/2分钟时间计算完圆周率的第1位数字,用1/4分钟时间计算完圆周率的第2位数字,用1/8分钟时间计算完圆周率的第3位数字,如此往复以至无穷。1/2+1/4+1/8+…这个级数等于1。
                    到1分钟结束时,圆周率机窗口显示的是圆周率的最后一位数字。这纯粹是痴人说梦,因为圆周率的最后一位数字不存在。
                    4,皮亚诺机悖论
                    这台机器像是一只伸缩的笛子,笛子上标有刻度,像尺子一样。一端标有数字0,另一端标有数字1。一个游标从1滑到0端需要1分钟,匀速滑动。当游标经过的点的刻度为整数的倒数1/n时,一只机械嘴会读出这个整数。
                    在这1分钟的开始之处,游标位于刻度1,而1的倒数1/1是1,这时机器朗读1;当游标移动到0.5处时,0.5的倒数1/0.5是2,这时机器朗读2,依此类推。在1分种结束时,每个自然数都被皮亚诺机朗读出来了。
                    按实无穷观,本主帖的删数过程能进行完毕,即当到达1分钟时,按照自然数集N删不净定理程序,W中的所有元素都删掉了,即所有存在后继数的自然数都被从N中删除了。
                    现代人设计出的“无穷机器悖论”,都是在芝诺悖论的启发下诞生的翻版。他们质疑的是我们现有知识的脆弱性,而非运动。关于无穷级数的现代理论无助于消解这些问题。每台机器的操作,都属于超级任务,其动作涉及无穷。然而这些动作可以清晰地描述,尽管动作本身也许是不可能的。思想试验嘛,以毒攻毒-----无穷观念。这些问题的答案,只能通过离散的有穷理念来消解,别无它途。


                    13楼2013-02-21 18:16
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                      回12楼 @‭王永明1 说的:  按照实无穷论者的观点,是能够将W中的所有元素都从N 中删除掉的。主帖已经证明,按照自然数集N删不净定理,我们从自然数集N中能删除掉的所有元素...[省略N字]
                      亏我再次接受洗脑,看到的竟然还是完全旧版的证明过程。不过补充说明不错,至少让我明白你到底在想什么。幸好我看到了12楼。
                      首先是关于证明自然数集是有穷的反驳:
                      ❶你就这么确定W≠N?你说这与你那冠冕堂皇的「D删不尽定理」【矛盾】,这是不对的,应该说,此时「D删不尽定理」无法应用到N上。
                      ❷你只是觉得自然数集存在没有后继数的最后一个数而已,假如自然数全都有后继数你能怎么着?
                      (我知道你说的自然数不是皮亚诺定义的那个,甚至是从来没有定义过的,像asmobia兄说的,有种说出你的定义,这样你就自己一个人用自己定义的自然数集去生活好了。)
                      然后?然后等你怎么反驳我。


                      通过贴图神器上传14楼2013-02-22 01:43
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                        “命题c断言,在三次操作之内,W中至少剩余一个元素x。若c是真的,无疑地,W中存在≤x-1的元素。”
                        这一点有问题。
                        若要说“W中存在≤x-1的元素”,请先证明x-1的存在性,
                        已知W的定义是“有后继数的自然数”,
                        而非“是某个自然数的后继数的自然数”(或简写为“有前数的自然数”),
                        于是x-1未必存在。请说明这一点。


                        15楼2013-02-22 09:27
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                          首先是关于证明自然数集是有穷的反驳:
                          ❶你就这么确定W≠N?你说这与你那冠冕堂皇的「D删不尽定理」【矛盾】,这是不对的,应该说,此时「D删不尽定理」无法应用到N上。
                          ❷你只是觉得自然数集存在没有后继数的最后一个数而已,假如自然数全都有后继数你能怎么着?
                          (我知道你说的自然数不是皮亚诺定义的那个,甚至是从来没有定义过的,像asmobia兄说的,有种说出你的定义,这样你就自己一个人用自己定义的自然数集去生活好了。)
                          然后?然后等你怎么反驳我。
                          **********************************************************
                          1,W≠N是推出的结论。「D删不尽定理」无法应用到N上的观点不对,与N相悖的一切前提都不适用于N,N就成了不可反驳的绝对真理了。
                          2. N是假设的,证明其不存在是正当的。
                          3,我定义的正整数是现实世界的对应物。但我证明的是主流自然数存在矛盾-----内在矛盾:悖论。


                          17楼2013-02-22 20:25
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                            回17楼 @‭王永明1 说的:  首先是关于证明自然数集是有穷的反驳:❶你就这么确定W≠N?你说这与你那冠冕堂皇的「D删不尽定理」【矛盾】,这是不对的,应该说,此时「D删不尽...[省略N字]
                            1, 你是首先假设了N中存在没有后继数的数才推出的W≠N,请解释这个假设是否为真。我不是反驳「D删不尽定理」,你的阅读理解问题。
                            2, 谁不知道N是人定义的?当然可以尝试证明不存在。
                            3, 我没有看到过你对正整数的完整定义,更别说现实世界中是否有对应物了,更不知道你在证明什么了,更别说什么悖论了。
                            我重点质疑的是「你为什么认为N中存在没有后继数的数」。


                            通过贴图神器上传19楼2013-02-22 20:33
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                              太长不看


                              IP属地:广东来自手机贴吧23楼2013-02-24 07:16
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