实数的基数是阿列夫零吗?
最后更新 2022-09-05
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主讲人
郝兆宽
复旦大学
实数的基数,R={X:X是戴德金切割}。实数是无穷的,因为每个自然数都是实数,但实数的基数不是ℵ₀。实数的基数比ℵ₀大,做出这个证明的人叫格奥尔格·康托,它创立了集合论这门关于无穷的学问,通过集合论为数学中的实数理论奠定了基础。怎么证明实数比ℵ₀大?有很多种办法,其中一种办法叫对角线法。要证明实数比自然数大,只要证明怎么用自然数数不完实数,怎么数都会漏掉,证明0,1之间的小数数不完,因为0,1之间的小数和实数一样多。a1,a2代表的是0到9之间的某个自然数。假设把这个数完,0,1之间所有的小数都已经在这一排里了。我现在造一个数b,用对角线法,看对角线上这个数字,比如5,让bn=6。如果对角线上ann=5,它不等于5,我就把它改成5,得到一个小数是0.b1b2b3……,小数和里面的每个小数都不一样。因为b1和a11不一样,b2和a22不一样,b3和它不一样。b不等于任何一个an。所以永远数不完实数,会漏掉非常多。
另一个证明方法是数学中很有意思的概念,叫Cantor集。这是一条线段。想象一下0,1之间的区间,每次把中间的1/3去掉,最后会得到一个点,这个集合叫Cantor集。平面中间挖掉1/3,两边剩下的1/3再挖掉1/3,然后剩下1/3再挖掉1/3,最后就是一个实数的点。Cantor集就是把这些集合交在一起,就是一些实数上的点。
C显然是无穷的,它的基数是幂集。一个集合是X的,X的幂集就是它的所有子集构成的集合。如果一个集合有三个元素,它的幂集有几个元素?是2n。对于无穷也是一样,但是先证明康托定理,任何一个集合,它的幂集的基数都比它本身的基数大。
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