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。
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。