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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(3/4)页

呃,不难证明,任何排列法则都保证不了这样的事情,因为我们随时可以写出一个无限小数,它绝对不属于这张没有尽头的表。这是怎么做到的?噢,简单极了。你只需要写一个这样的小数:它在小数点后的第一位不等于N1的小数点后第一位,第二位不等于N2的小数点后第二位,以此类推。最后你得到的数字大概是这样的:

无论往下翻多少行,你绝对无法在表格中找到这个数字。事实上,要是这位作者告诉你,你写下的小数出现在表格的第137行(或者其他任何一行),你可以马上回答:“这不可能,因为表格中第137行的数字小数点后第137位和我这个数不一样。”

因此,一条线上的点和整数之间无法建立一一对应的关系,这意味着一条线上点的数量大于,或者说强于所有整数或分数的数量。

我们刚才讨论的点来自一条“1英寸长”的线,不过现在,根据 “无穷数学”,我们可以轻松证明,同样的结论适用于任意长度的线。事实上,无论线的长度是1英寸、1英尺还是1英里,它拥有的点的数量完全相等。为了证明这一点,我们只需要看看图6,这幅示意图比较了两条长度不同的线段AB和AC拥有的点的数量。为了在两条线段之间建立一一对应的关系,我们从其中一条线段上的每一个点出发,画了一组无穷多条的平行线,每条平行线与两条线段的交点分别是D和D1,E和E1,F和F1,以此类推。AB上的每一个点在AC上都有对应的一点,反之亦然。因此,根据无穷数的比较法则,两条线段拥有的点的数量完全相等。

遵循同样的原则,我们还有一个惊人的发现:一个平面上的所有点的数量等于一条线上的所有点的数量。为了证明这一点,我们不妨画一条1英寸长的线段AB和一个正方形CDEF。

线段AB上每一个点的位置都能用一个数字来描述,譬如0.75120386……我们可以取小数点后的奇数位和偶数位,分别组成两个数字,即0.7108……和0.5236……

现在用这两个数分别代表正方形内某个点的横坐标和纵坐标,于是我们得到了平面内的一个“对应点”。反之,如果平面内某个点的横坐标和纵坐标分别是0.4835……和0.9907……,那么将这两个数字融合在一起,我们同样可以得到线段AB上的对应点:0.49893057……

显然,通过这样的方法,我们在这两组点之间建立了一一对应的关系。线段上的每一个点在平面内都有一个对应点,反之亦然,双方都不会落下哪怕一个点。因此,按照康托尔的标准,平面内所有点的数量等于线上所有点的数量。

通过类似的方式,我们也很容易证明,立方体内所有点的数量等于平面或线段内所有点的数量。要完成这个任务,我们只需要把最初的那个小数分成三个部分[14],再用这三个点作为坐标来寻找立方体内的“对应点”。进一步说,既然两条任意长度的线段拥有的点数量相等,那么任意正方形和立方体(无论大小)拥有的点数量也完全相等。

虽然几何点的数量大于整数和分数的数量,但它还不是数学家所知的最大的数。事实上,我们发现,曲线的种类(包括那些形状最不同寻常的曲线)大于几何点的数量,因此我们必须用无穷数列的第三个数来描述它。

“无穷数学”的奠基者格奥尔格·康托尔提出,我们可以用希伯来字母(aleph)来描述无穷大的数字,字母右下方的角标代表该数字在无穷数列中的位置。于是我们得到了这样一个数列(包括无穷数!):

1,2,3,4,5,……,,,……

现在我们可以说,“一条线上有个点”,或者“曲线共有种”,就像平时我们说“世界分为7个部分”或者“一副牌有52张”一样。


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