无穷有尺寸吗?
能想到第一个无穷的对象是自然数,所有的自然数合在一起的集合,没完没了。N显然无穷的,由上一页可知。N是最小的无穷,如果还有一个无穷的集合,那么N一定比这个集合要小。有一个自然数,这个集合拿出一个元素和你的自然数能够一一对应完,而我可能还多,也可能不多,但是至少不会比你少。假设X是无穷的,在X中任取一个,第一个元素叫a0,对应着0,把a0去掉以后,再取一个元素,让a1对着1,这样一直无穷就可以取下去。如果把X取完了,X就是有穷的,就到aN,永远不可能停止。无穷是最小的,叫作“ω(欧米伽)”或者叫“ℵ0(阿列夫零)”。阿列夫是康托最早起的名字,是希伯来文的第一个字母,他觉得拉丁文、希腊文用烦了,所以取阿列夫,用来记录无穷的基数。
整数是无穷的,因为它比自然数还多。它的基数也是ℵ₀,用自然数一个一个地把整数数过来就行。看上去很难数,因为没有头,不知道从哪开始数,但可以把整数重新排列:0,1,-1,2,-2,3,-3……,用自然数一个一个可以对应过来,把它数完。所以整数的基数也是ℵ₀,也是最小的无穷。
比整数更多的是有理数。可是有理数比整数多和整数比自然数多不太一样,因为有理数是稠密的,任意两个有理数之间还有一个有理数。它是无穷的,它的基数也是ℵ₀。要证明它是ℵ₀,要用自然数把它数过来。把Q中的元素按照Q={1,2,1/2,1/3,3,4,3/2,2/3,1/4,……}排列。这是用一对一对自然数组做的平面。这里是1,1/2,1/3,1/4,1/5,1/6……这个分子是2,2/1,2/2,2/3……,这边是分子在增加,这边是分母在增加。所有的有理数、分数都在这里,现在用自然数去数它,当然数不完,永远回不到2。但是先数1,再数2,数完2,再数1/2,数完1/2,再数1/3……。红的是重复的,某一个整数,重复掉了。按照这个方向数,每一个有理数最终都会被数到,因为自然数是无穷的。这种数的方法叫作对角线法。有理数也和自然数一样,它的基数也是ℵ₀。这就说明无穷没有尺寸,无穷只有一个,都是和自然数一样。
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