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數(shù)學(xué)詭異新蟲 (小有名氣)
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徹底推翻希爾伯特?zé)o窮旅館的詭辯 已有21人參與
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德國大數(shù)學(xué)家希爾伯特為了說明集合論中一一對(duì)應(yīng)的問題,曾經(jīng)講了一個(gè)叫做無窮旅館的故事,簡述如下:有一個(gè)無窮旅館,內(nèi)設(shè)有無窮多個(gè)房間,有一天,旅館內(nèi)所有的房間全都住滿了客人,但是又來了一位旅客,一定要在旅館中住下,于是聰明的老板想了一個(gè)絕妙的方法,讓1號(hào)房間的客人搬到2號(hào)房間,2號(hào)房間的客人搬到3號(hào)房間,3號(hào)房間的客人搬到4號(hào)房間……,這樣,新來的客人住進(jìn)了1號(hào)房間,而原來的客人也全都有了房間。 這個(gè)故事剛一聽起來感覺非;闹,但是人們又不能從中找出任何邏輯上的錯(cuò)誤,于是,只好接受一個(gè)看起來荒謬的事實(shí)。 那么,這個(gè)故事真的沒有任何邏輯矛盾嗎?當(dāng)然有,其實(shí)這個(gè)故事是耍了一個(gè)無窮的邏輯陷阱,因?yàn)檫@個(gè)n號(hào)客人搬到n+1號(hào)房間的過程是無窮無盡的,誰也無法驗(yàn)證最后究竟有沒有客人沒有房間住。正因?yàn)檫@無窮無盡的過程無法驗(yàn)證,所以希爾伯特的詭辯才能得逞。 所以,只要能夠證明有一個(gè)客人沒有房間住,就能徹底推翻希爾伯特的謬論。 下面建立兩個(gè)數(shù)學(xué)模型,來證明一定有一個(gè)人沒有房間住。 第一個(gè)數(shù)學(xué)模型:還是那個(gè)無窮旅館,但是這一次,旅館中只有一位客人,假設(shè)這位客人叫小A,他住在0號(hào)房間,小A閑得無聊,忽然想要參觀一下旅館中的所有房間,于是他設(shè)計(jì)出來了一個(gè)方法,使得他能夠在一分鐘的時(shí)間里參觀完所有的房間:當(dāng)時(shí)間為1/2分鐘時(shí),小A進(jìn)入1號(hào)房間,當(dāng)時(shí)間為3/4分鐘時(shí),小A進(jìn)入2號(hào)房間,當(dāng)時(shí)間為7/8分鐘時(shí),小A進(jìn)入3號(hào)房間……依此類推,也就是在1分鐘的時(shí)間里,小A會(huì)進(jìn)入無窮多個(gè)房間,也就是將旅館中所有的房間全都參觀一遍。 現(xiàn)在的問題是:當(dāng)時(shí)間為1分鐘時(shí),小A在哪一個(gè)房間里? 可以證明,當(dāng)時(shí)間為1分鐘時(shí),小A不在任何一個(gè)房間里,因?yàn),假設(shè)1分鐘時(shí)小A在G號(hào)房間里,因?yàn)镚是一個(gè)自然數(shù),那么根據(jù)皮亞諾公理,G的后繼G+1也一定是一個(gè)自然數(shù),同理:G+2,G+3,G+4……等全都是自然數(shù),說明當(dāng)時(shí)間為1分鐘時(shí),小A還有無窮多的房間沒有參觀到,這與小A能在1分鐘的時(shí)間里參觀完所有的房間相矛盾。 所以,當(dāng)時(shí)間為1分鐘時(shí),小A不在任何一個(gè)房間里。 下面給出第二個(gè)數(shù)學(xué)模型:還是那個(gè)無窮旅館,還是只有小A住在0號(hào)房間里(其余的所有房間全是空的),這時(shí)忽然來了無窮多個(gè)客人,要在旅館中入住,旅館老板為了維持秩序,讓所有的客人按照自然數(shù)0,1,2,3……的順序依次在門外排好序列,然后按照如下的方法依次進(jìn)入旅館房間:當(dāng)時(shí)間為1/2分鐘時(shí),0號(hào)客人進(jìn)入0號(hào)房間,則小A進(jìn)入1號(hào)房間,當(dāng)時(shí)間為3/4分鐘時(shí),0號(hào)客人進(jìn)入1號(hào)房間,1號(hào)客人進(jìn)入0號(hào)房間,則小A進(jìn)入2號(hào)房間,當(dāng)時(shí)間為7/8分鐘時(shí),0號(hào)客人進(jìn)入2號(hào)房間,1號(hào)客人進(jìn)入1號(hào)房間,2號(hào)客人進(jìn)入0號(hào)房間,則小A進(jìn)入3號(hào)房間……依此類推。 可以證明:當(dāng)時(shí)間為1分鐘時(shí),所有的自然數(shù)編號(hào)的客人全都住進(jìn)了房間里。 但現(xiàn)在出現(xiàn)了兩個(gè)問題:(1):小A住在哪個(gè)房間?(2):住在0號(hào)房間的客人的自然數(shù)編號(hào)是什么? 由模型(1)可知:當(dāng)時(shí)間為1分鐘時(shí),小A不在任何一個(gè)房間里,也就是說小A沒有房間住。由于這個(gè)數(shù)學(xué)模型與希爾伯特的原數(shù)學(xué)模型是等價(jià)的,所以也就推翻了希爾伯特的所有客人全都有房間住的謬論。 第(2)個(gè)問題:0號(hào)房間住的客人的編號(hào)不是任何一個(gè)自然數(shù),因?yàn),假設(shè)0號(hào)房間中住的客人的編號(hào)為E,因?yàn)镋是一個(gè)自然數(shù),那么根據(jù)皮亞諾公理,E的后繼E+1也是一個(gè)自然數(shù),如果0號(hào)房間中住的客人的編號(hào)為E,則E+1,E+2,E+3……等無窮多個(gè)客人全都沒有房間可住,從而說明無窮旅館的房間數(shù)是有限的,矛盾。 |
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無窮大的定義:設(shè)函數(shù)f(x)在x0的某一去心鄰域內(nèi)有定義。如果對(duì)于任意給定的正數(shù)M(無論它多么大),總存在正數(shù)δ,只要x適合不等式0<|x-x0|<δ,對(duì)應(yīng)的函數(shù)值f(x)總滿足不等式|f(x)|>M,則稱函數(shù)f(x)為當(dāng)x→x0(或x→∞)時(shí)的無窮大。 如果0號(hào)房間中住的客人編號(hào)為E,那么有E+1,那么E就不是無窮大,這樣你本身就是有限的,自然推出的是有限。 無窮大不是一個(gè)很大的數(shù),沒有數(shù)比無窮大更大。 |
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你可以看一下陶哲軒的實(shí)分析,書中前面寫著,所有的自然數(shù)全都是有限的,即不存在無窮大自然數(shù),但全體自然數(shù)的數(shù)量是無限的。 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
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首先,兩個(gè)模型是一樣的,把第二個(gè)模型中除了"當(dāng)時(shí)間為?分鐘時(shí),"和"小A進(jìn)入?號(hào)房間" 之外的文字都刪掉,跟第一個(gè)模型完全一樣! 其次,時(shí)間的逼近方式就是芝諾悖論的形式,那么強(qiáng)求1分鐘時(shí)的狀態(tài)是無意義的! 最后,無窮旅館的出現(xiàn),恰恰是自然數(shù)集合自身對(duì)象和運(yùn)算法則下的結(jié)果,即當(dāng)運(yùn)算本身作用于集合時(shí),如果集合的映射為其自身,也受到運(yùn)算的影響,形成迭代. 這種處理方式,最終也導(dǎo)致了理發(fā)師悖論的出現(xiàn)! |

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