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搬运贴---重启数学?数理逻辑中的一个问题:全称量词的误用

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重启数学?数理逻辑中的一个问题:全称量词的误用


IP属地:福建1楼2024-01-26 09:16回复
    在数理逻辑中,通常把∀x,p(x) 解释为:对任何(或所有)x,命题p(x)成立。
    这是不严谨的。
    对任何x成立和对所有x成立并不一定是一回事,故不应该混淆,也不应该用同一个符号表示。为此,本文用∀x表示对所有x,用∀*x表示对任意x。
    为了讨论方便,以下把∀称为全称量词,把∀*称为准全称量词。
    容易证明:
    ∀x,p(x)一﹥∀*x,p(x)
    这是因为,既然对所有的x,p(χ)都成立,对于任何一个x,p(x)当然也成立了。
    但其逆命题,
    ∀*x,p(x)一﹥∀x,p(x)
    就不一定成立了。
    为了叙述方便,以下把上述逆命题称为可以将"任何"推广到"所有"即把准全称量词推广到全称量词。
    有时候,将“任何”推广到“所有”,似乎是显然的。例如,口袋里任何一个球都是白色的,马上可以得出,口袋里所有的球都是白色的,但有时候就不那么简单了,例如班里任何人只要足够努力都可以得到第一名,并不能推出,班里所有人只要足够努力都能得到第一名, 这是因为,通常只能有一个或数个人是第一名。
    再例如,有限或无限大的苹果园里任意一个苹果都可以放到某一个篮子里,并不等于苹果园里所有的苹果都可以放到这个篮子里,这是因为,篮子的容量是有限的,通常不可能放下所有苹果。
    因此,严格来说,如果希望把“准全称量词”推广到“全称量词”,是需要经过证明的,例如可以用数学归纳法来进行证明或否证。
    数学归纳法的步骤是,若要证明某命题p(n)对所有自然数n成立,则必须证明:
    1)n足够小(例如n=1)时该命题成立,即p(1)成立,
    2)假设对n=k时该命题成立,则可证明n=k+1时,该命题仍然成立,即若p(k)成立,则p(k+1)成立。
    由于其中第一个步骤通常很容易验证,所以关键是第二个步骤。
    例如,如果篮子的容量是最多放k个苹果, 则篮子可以放k个苹果时推不出篮子可以放k+1个苹果,因此,任何一个苹果都可以放进篮子,并不能推出所有苹果都能放进篮子。
    在花瓶和球悖论中,虽然可以将任意一个球取出,但不能将所有球取出。
    ---------------
    花瓶和球悖论:假设有一个无穷大的花瓶和无穷多个球,球用自然数编号,执行下面的操作:第一次,往花瓶里放进1至10号球,同时取出1号球;第二次,往花瓶里放进11至20号球, 同时取出2号球.....,无穷次后,花瓶里有多少个球呢?
    不要说是中国小学生,就是外国小学生也很容易回答这个问题:每次相当于放进了9个球,第n次操作后,剩下的球的数目是9n个,所以无穷次后,有无穷多个球。
    这个结果显然是确定无疑的。
    但有的数学家是这样算的:第1次拿出了1号球,第2次拿出了2号球...第n次拿出了n号球,无限次后,所有编号的球都被拿出来了,所以最后没有球。
    其逻辑基础是,既然任意一个球都能拿出,那么所有球就都能拿出。
    所以,不加证明地以为,对“任何”成立,必然对“所有”成立,是错的,想得太简单了!
    --------------
    在对角线论证中,也有类似情形:
    --------------
    对角线论证:根据可列假定将小数a1,a2,a3…….一一列出,
    a1=0.a11a12a13....
    a2=0.a21a22a23.... (1)
    a3=0.a31a32a33....
    .......
    等号右端组成了一个无限大的矩阵。矩阵的行数表示所列小数的个数,列数则表示所列小数的位数。 设
    b=0.b1b2b3... (2)
    bk≠akk, (k =1,2,3,...) (3)
    容易证明,对任意k ,总存在bk≠akk,使得b=b1b2….bk时,ak≠b,即
    ∀*k,ak≠b (4)
    与花瓶和球悖论一样,康托不加证明地将(4)推广至:
    ∀k,ak≠b (5)
    从而与(1)已将实数一一列出形成矛盾。
    -------------------
    在以上推导中,在公式(4)及(4)之前一点问题都没有。到目前为止,思维不够严谨的康托及一般数学家的认知水平也就仅到此为止了。
    然而,公式(4) 是用对角线元素akk推出来的,而对角线元素永远只存在于正方形无限矩阵中。由于小数的个数比小数位数多得多,所以有很多种方法可以证明(1)是一个长方形无限矩阵,例如,n位有限二进制小数有2n个,n 趋于为其时,Lim(2n/n)=∞,即(1)的行数是列数的高阶无穷大,是一个长方形无限矩阵,其中包含了正方形无限矩阵的元素,因此,(4)永远只能保证正方形矩阵中的那一部分小数不等于b,而无法保证长方形矩阵中的全部小数不等于b,即得不出(5)。
    以下将用数学归纳法证明b始终在(1)中,即(5)不成立。
    命题1:b∈{a1,a2,……}, (6)
    证明,设用n表示小数的位数,
    ①对二进制小数,小数位数n=1时,(1)只有两个小数
    0.a11
    0.a21
    根据(2)(3),
    因为b=0.b1≠0.a11
    所以只能b= 0.a21
    即b在(1)中:
    b∈{0.a11,0.a21}
    公式(6)成立。
    ②设n=k时,
    b=0.b1b2……bk在(1)内,即(6)成立
    对于任何一个k位二进制小数,只要在末尾分别加上0和1,就变成了两个k+1位小数,所以,n=k+1时,(1)内必有
    0.b1b2……bk0

    0.b1b2……bk1
    这两个小数。
    由(3)可知,bk+1≠ak+1,k+1,而 ak+1,k+1要么等于1,要么等于0,所以上面两个数中必有一个是b=0.b1b2……bk+1,即b仍在(1)中,即(6)成立
    这样,我们已经证明了(6),b始终在(1)中,即(5)不成立。
    这里要注意,数学归纳法在证明的过程中,只需要也只能讨论有限的情况,比如我们在证明过程中讨论b时,只需要也只能讨论作为有限小数的b,但结果却可推广到作为无限小数的b。如果在证明过程中,就把b当做是无限小数,这在逻辑上是一种循环:把还没有得出的推导结果用到推导过程中了。
    在没有证明的情况下就贸然将“任何”推广到“所有”,已经是不严谨的了,命题1则否证了可以将(4)推广到(5)。
    所以,对角线并没有证明小数不可列。
    其实,所谓对角线论证,本身就是自相矛盾的:既然已把所有小数都一一列出了,怎么还可能找到不在所列的小数呢?
    出现了自相矛盾,理所当然应该去仔细检查推导的错误:这些自相矛盾是怎么出来的?怎么还好意思冠冕堂皇地把它拿出来当做科学真理呢?
    命题1将永久性地把康托牢牢地捆绑在数学史的耻辱桩上。康托的追随者们是幡然醒悟?还是继续做康托的学术殉葬品?
    康托的忠实追随者薛问天一直仔细看我的文章,这一点我是表示感谢的。但他的批评基本上都是错的,例如,明明矩阵的行数和列数都是有明确数学意义的,完全可以用数学分析研究,但这样一来,康托的错误就会暴露无遗,为了为康托辩护,他就禁止用数学分析来研究矩阵的行数和列数(他是谁呀?有这个资格吗?),偏偏要把它硬扯到说不清道不明的无限集合元素数目或基数概念上,以为这样可以掩盖错误,浑水摸鱼了。
    在zmn1056的评论中,我对他做了反批评。 他应该也是幡然醒悟的追随者之一,但是他有没有这个觉悟,就要看他的学术功底了。好好反思,天天向上去吧。
    结论
    混淆全称量词和准全称量词,不但必然造成悖论(例如花瓶与球悖论),也必然造成错误(例如对角线论证中的错误)。
    数理逻辑本身就不严谨,建立在数理逻辑基础之上的数学会严谨吗?
    或许,数学需要重新启动?
    高度的严谨是包括数学在内的任何科学的基本特点。 纠正康托高举“数学是自由的”大旗而造成的随意、不严谨的学风,是任何一个仍然坚持严谨学风的人的使命。


    IP属地:福建2楼2024-01-26 09:16
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      要那么严谨有什么意义?这里民科基本都不用数学计算做物理研究。我不明白严谨的数学有什么意义。对民科没啥好处啊


      IP属地:澳大利亚来自iPhone客户端3楼2024-01-26 17:50
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        数学中并没有把你说的那个数学符号解释成。对所有x。所以你的长篇大论属于自己立一个错误的靶子,自己再打倒


        IP属地:辽宁来自Android客户端4楼2024-01-26 20:15
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          典型的虚空立靶


          IP属地:江苏来自Android客户端5楼2024-01-28 07:25
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            你自己逻辑写不清楚就不要乖数学


            IP属地:北京来自Android客户端6楼2024-02-06 18:39
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