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重生强者归来_(美)乔治·伽莫夫著;阳曦译(2 无穷大有多大) 第(2/4)页

“‘当然可以!’店主热情地喊道。于是他将原来住在N1号房的客人挪到N2号房,N2号房的客人挪到N3,N3的挪到N4,以此类推……最后新客人住进了刚刚腾出来的N1号客房。

“现在我们继续想象,一家旅馆拥有无穷多个房间,现在来了无穷多个想住店的新客人。

“‘没问题,先生们,’店主回答,‘稍等一下。’

“他让N1号房的客人挪到N2号房,N2的挪到N4,N3的挪到N6,以此类推……

“现在所有奇数号的房间都空了出来,无穷多位客人轻轻松松就安置了下来。”

呃,哪怕在战时的华盛顿,要想象希尔伯特描述的这种情况也并不容易,但这个故事抓住了问题的重点:无穷大的数字的确拥有一些不同于普通数字的古怪特性。

根据康托尔的“无穷数比较法则”,我们现在还能证明分数(例如3/7或者735/8)的数量等于整数的数量。事实上,我们可以根据如下规则将所有分数排成一行:先写下分子与分母之和等于2的分数,这样的分数只有一个:1/1;然后写下分子分母之和等于3的分数:2/1和1/2;接下来是分子分母和为4的:3/1,2/2,1/3。以此类推,最终我们将得到一个包含了所有分数的无限长的数列。现在,我们在这个数列上方写下整数数列,让这个数列中的每个项和分数数列一一对应。最后你会发现,分数的数量和整数的数量相等!

非洲土著和G.康托尔教授一样,都想比较他们数不出来的数

“呃,听起来是不错,”你也许会说,“不过简而言之,这不就是说所有无穷数都相等吗?如果真是这样的话,比较它们的大小又有什么意义?”

不,你想得不对。事实上,你可以轻而易举地找到比分数和整数的数量更大的无穷数。

我们不妨回顾一下刚才提过的一个问题:一条线上所有点的数量和所有数字的数量,这两个数到底哪个大?你会发现,这两个无穷数并不相等,一条线上的点比整数或者分数的数量多得多。要证明这一点,我们不妨在一条线(比如说一条1英寸长的线)和整数数列之间建立一一对应的关系。

每个点在线上的位置可以描述为它与线段某端之间的距离,这段距离又可以记作一个无限小数,例如0.7350624780056……或者0.38250375632……[13]因此,我们比较的对象变成了整数的数量和无限小数的数量。现在不妨思考一下,我们在这里提到的无限小数,和3/7或者8/277之类的分数有什么区别?

你肯定记得数学课上讲过,每个分数都能化作一个有限小数或者一个无限循环小数。因此,2/3=0.66666…=0.(6),3/7=0.428571 | 428571 | 428571 | 4…=0.(428571)。前面我们已经证明了分数数量等于整数数量,因此无限循环小数的数量必然也等于整数数量。但是,一条线上的点不一定都能用无限循环小数来描述,事实上,大多数时候,点的位置对应的是一个无限不循环小数。你很容易发现,在这种情况下,两个数列不可能一一对应。

假如有人宣称他能完成这样的对应,那他应列出如下对应关系:

N

10.38602563078……

20.57350762050……

30.99356753207……

40.25763200456……

50.00005320562……

60.99035638567……

70.55522730567……

80.05277365642……

·………………………

·………………………

·………………………

·………………………

·………………………

当然,因为我们不可能真的写出无穷多个无限小数的每一位数,那么这张表的作者必然有自己的一套排列法则(就像我们之前排列分数那样),这样才能保证涵盖你能想到的任何一个小数。


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