民科吧 关注:313,534贴子:4,721,297
  • 4回复贴,共1

数学悖论证明:正整数集N+不存在

只看楼主收藏回复

数学悖论证明:正整数集N+不存在
现在,我们对正整数集N+={1,2,3,…,n,…}的一类子集下定义:设A是N+的一个子集,若A的所有元素可以排列成为一个等差数列(以1为数列第1项,公差为1)的形式,我们就称A为正整数等差数列集。
例如B={1,2,3},B是N+的一个子集,B的所有元素可以排列成为一个以1为数列第1项、公差为1的等差数列的形式:1,2,3,因此B是一个正整数等差数列集。
设W为由所有的有穷正整数等差数列集组成的集合,因此,W的每个元素都是有穷集。我们知道,N+是正整数等差数列集,是无穷集,所以N+不是W的元素。
真子集的定义:如果集合B的每一个元素都属于A,但集合A中至少有一个元素不属于B,则称B为A的真子集。
由真子集的定义可直接推出定理(一):设B是集合A的真子集,将B的所有元素从A中删除掉后,A不能变成空集。
定理(一)的适用范围:
由于定理(一)是单纯由真子集的原始定义直接推出的定理,因此,定理(一)中的A可以是任何有真子集的集合,例如正整数等差数列集;定理(一)中的真子集B也可以是任何集合,例如正整数等差数列集,只要B是A的真子集就行。
我们按下面的规则从“正整数等差数列集A”中删除元素:
(1)要求:从A中删除掉的元素的全体必须是A的一个真子集,设此真子集为B。
(2)要求:真子集B 必须是一个正整数等差数列集。”
说明:
从“正整数等差数列集A”中删除元素必须同时满足(1)和(2)这两个规则。
例如,对于集合W的元素f5={1,2,3,4,5},按删除元素规则,可以从f5中删除掉1和2这两个元素,因为由这两个元素组成的集合{1,2}是一个正整数等差数列集,并且集合{1,2}又是集合f的真子集,这同时满足规则(1)和(2);
从“正整数等差数列集A”中删除元素的规则,简称为删规。
根据定理(一)可知,因为删规中的B是集合A的真子集,因此,按照删规从A中删除元素,不可能将A删成为空集。
由定理(一)的适用范围可知,删规中的集合A和B可以是正整数等差数列集,也可以是无穷集。
我们知道,W为由所有的有穷正整数等差数列集组成的集合。
设m为按照删规从W的元素fn中最多能够删除掉的元素的数目,即从A中能够删除掉的元素的数目的上限。
我们容易知道:
对于集合W的元素f1={1},m1=0个,即从集合f1中最多能够删除掉“0个”元素;
对于集合W的元素f2={1,2},m2=1个,即从集合f2中最多能够删除掉“1个”元素;
对于集合W的元素f3={1,2,3},m3=2个,即从集合f3中最多能够删除掉“2个”元素。
容易知道,对于集合W的元素fn(注意,N+不是W的元素),按照删规,从A中能够删除掉的元素的数目的上限的公式为:
m=(n-1)
其中n是正整数等差数列集fn包含的元素的数目,即n是集合fn的基数。
容易知道:N+与W的元素fn 相比较,按照删规,从N+中能够删除掉的元素的数目是最多的,即从N+中能够删除掉的元素的数目,大于W的任一元素fn所对应的m。
下面证明这一定理:
对于W的任一元素fn,m=(n-1),按照删规,从fn中最多能够删除掉“(n-1)个”元素;而对于N+={1,2,3,…,n,…},按照删规,从集合N+中能够删除掉n个元素,因为n个>(n-1)个,
所以有定理二:
按照删规,“从N+中能够删除掉的元素数目”,大于W的任一元素fn对应的m。
定义:若a是W的一个元素对应的m,则a属于集合E。容易知道,无穷集E={0,1,2,…,n,…}=自然数集N。
由此得出定理三:
按照删规,“从集合N+中能够删除掉的元素数目”,大于E={0,1,2,…,n,…}中的每个自然数。
我们容易知道,若“从N+中能够删除掉的元素数目”, 大于E={0,1,2,…,n,…}中的任一元素,则“从N+中能够删除掉的元素数目”一定是无穷多=阿列夫零。因为基数的从小到大的排列顺序为:
0,1,2,3,4,5,…,n-1,n,…,阿列夫零,阿列夫,…
因此,有定理四:
按删规,从集合N+中能够删N+除掉的元素数目=阿列夫零。
因为按删规, 从集合N+中能够删除掉阿列夫零个元素,并且从N+中删除掉的元素的全体是一个正整数等差数列集B,B=N+={1,2,3,…,n,…},故将N+删成了空集。
这与删规相矛盾,故有定理:
正整数集N+不存在。


1楼2017-03-09 07:11回复
    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)无穷集合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,关于无穷集合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,还是应该把无穷集合当作似乎是真实存在的那样。”


    2楼2017-03-09 08:58
    回复


      3楼2017-03-09 10:55
      回复
        球与花瓶悖论(下罗斯·利特尔伍德悖论)
        我们有无限个球和一个花瓶,现在我们要对它们进行一系列操作。每次操作都是一样的:往花瓶里放 10 个球,然后取出 1 个球。那么,无穷多次这样的操作之后,花瓶里有多少个球呢?
        有人或许会说:这个过程需要耗费无穷的时间,我们不可能等到那个时候。所以,我将这个问题换一种说法,让这无穷次的操作过程在1分钟内完成:用1/2分钟,完成了第1次操作,用1/4分钟,完成了第1次操作,,用 1/8分钟,完成了第3次操作,…, 完成无穷多次操作所用时间是:T=1/2+1/4+1/8+……=1分钟。那么,到1分钟时,花瓶里有多少球?
        分析:完成第1次操作时,花瓶里有9球,完成第2次操作时,花瓶里有2×9球,完成第n次操作时,花瓶里有n9球,花瓶里的球随n的增大依次递增,…。无疑,到1分钟时,花瓶里有无穷多个球,不可能有0个球。
        但数学家 Allis 和 Koetsier却给出了一个无懈可击的数学证明:到1分钟时,花瓶里没有球了。
        Allis 和 Koetsier给出的数学证明:将所有的球用自然数分别编号码,1号,2号,3号,…。第1次操作,把1-10号球放进去,然后把1号拿出来;第 2 次操作,把 11 至 20 号球放进去,然后把2号拿出来;第 3次操作,把 21 至 30 号球放进去,然后把3号拿出来;…,n 号球总是在第 n 次操作时被取出来了。因此完成无穷多次操作后,从花瓶里拿出来的球的号码的全体是自然数集N={1,2,3,…,n,…}。所以,到1分钟时,所有的球都拿出来了,故花瓶里没有球了。
        到1分钟时,花瓶里没有球了,同时花瓶里又有无穷多个球,悖论。


        5楼2017-03-09 11:08
        回复
          定理三懵了


          来自Android客户端6楼2019-05-28 22:44
          回复