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再议对角线

已有 1502 次阅读 2021-5-2 13:33 |个人分类:数学基础|系统分类:论文交流

      本文试图用很短的篇幅永久性地结束关于对角线的争论。

      康托的对角线证明十分简单(反证法):

        假定实数可数,则根据可数的定义,可将区间[01)内的实数一一列出:

 

         a1a2 a3,…                 1

 

        现将上述实数写成

 

       a1=0.a11a12a13...

       a2=0.a21a22a23...

       a3=0.a31a32a33...

       ……

      其中, aij表示实数ai的第j位小数,

      不妨称由其中对角线元素构成的小数    0.a11a22a33...   为对角线小数。

     

      b=b11b22b33.                      2

  且

    bii aii,i=1,2,3,…            3

 

    由于式(3)保证了对于"任何"一个实数 aib中都有一位小数bii,与该实数的第i位小数aii,不同,这就巧妙地保证了对于 "任何"一个实数ai,都有

 

    ai b, i=1,2,3,…          4

 

成立,即b是一个不在(1)内的实数,与“根据可数的定义,可将区间[01)内的实数一一列出”矛盾,所以,康托认为他证明了实数不可数。

          然而,考察(1)的一个真子集,

0.1000…,

0.11000…,

0.111000…,

……

并把该真子集置于(1)的最前端, 显然,这时只能保证b与该真子集的任何元素不同,不能保证与(1)中任何其他元素不同,对角线证明失败。

     以上例子具普遍意义:由于式(3)左右两端的下标相同,故(3)左端的实数数目与右端b 的小数位数精确一致。如果把滿足(3)的实数定义成集合A的元素,那么A只是B最前端的一个真子集,这里,B是以(1)为元素的集合。也就是说,B=A+(B-A),而对角线只能保证b与真子集A的每一个元素不同,无法排除b是非空差集B-A的元素之一的可能性。

       B-A非空的证明:若B-A空,则B=A的元素数目与b的小数位数精确一致。不失一般性,设b 已根据(3)计算到n位小数(n=1,2,3…,由于其值可变,故可将n 定义为一个无上界的正整数变量),由于(1)内的任意实数总可以写成无限小数的形式(有限小数可以在末尾加上无限个零变成无限小数),因此,任意实数的小数位数总是不小于n的,即使只考虑实数的n位有限小数,如所周知,十进制n位有限小数有10n个,无限小数的数目当然更多。因此,令M=10n,则对任意大的nn=1,2,3,…),总有:

实数数目>=Mn  

即B的元素数目总是比b的小数位数大,矛盾,证毕。

      从这里可以看到,尽管对角线可以无限延长,但是由于(1)的实数数目比对角线的位数更多,故(3)(4)只能保证b与(1)内的部分实数不同,无法保证b不在(1)内,对角线证明失败。

      由此可见,错误的隐含假定“实数数目精确等于对角线小数位数”是对角线证明错误的原因所在。

      另外一个更明显的逻辑漏洞是:对角线证明的全部工作,不过是企图构造一个不在(1)内的b。如果认为该企图一旦成功,就可以推翻可数假定的话,不管康托的主观意愿是什么,也不管他具体是怎么讲的,客观上就等于宣告,b的存在,是与可数假定矛盾的。然而,根据康托自己建立的可列可加性理论,在可数集合里,再增加一个、多个甚至无限个b,与可数假定都无法形成任何必然的矛盾!这就会导致这样的结果:如果认为对角线证明的思路是正确的(是不是证明了是另外一回事),就必须宣布可列可加性是错的;反之,如果认为可列可加性是对的,就必须宣布对角线的证明思路是错的。

       其实光凭这一点,就足以推翻康托的理论体系。如此明显的自相矛盾,主流数学界竟然没有人发现?!

       何况,根本就无法保证一定能找到不在(1)内的b

 

      其实实数的可数性根本不需要复杂的推理即可证明:

      定理 实数是可数的。

      证明:设在实数轴上任取一实数,将其编号为1,然后再任取另一个数,将其编号为2.....该过程无限地延续下去,则所取的数已经与自然数一一对应了。由于每次取数时,必定有一个数会被取出,故任何一个数都可能被取出,也可能不被取出,不存在永远取不出的数,证毕。

当然,这个过程是不会终止的。这个很正常:任何无限集合的元素都是永远取不完的,例如,即使随机取自然数也取不完。

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以上主要摘录于

 

我与薛问天、数森先生等关于对角线、基数、无限等数学问题的讨论(知乎版)

李鸿仪

教授,曾SCl高产:96年同济全校总共6篇,我(非重点大学)发3篇


摘要:指出了康托对角线证明中的逻辑错误(定理1)。在实数有限公理的基础上给出了无限的定义(定义1),并在此基础上给出了潜无限和实无限明确的数学定义(定义2)及使用规则:实无限观是对真实的无限即潜无限可能有的结果的想像,试图简化复杂的无限问题。因此建议将潜无限称为真实无限而将实无限称为假想无限。在实际讨论中,必须注意假想无限的这种简化是否可行。据此讨论了贝克莱悖论等问题。认为所有的悖论都是思维不严格的主观产物,没有客观意义。分别证明了即使有无限的时间和空间,自然数集和实数集的元素也是列不完的(定理2,3),因此无限集合并没有确定的元素数目。指出了基数的数学意义是不清楚的,不能用于研究无限集合的元素数目,一一对应也不能用于比较无限集元素的多少(定理4)。举例说明了比较无限集元素的严格方法。给出了实数可数的定理及其证明(定理5)。指出虽然可以将实数轴视作连续的来处理,但本质上是离散的。提到了皮亚诺公理和戴德金分割中的一些问题。对数学界提出了大幅提高严格思维能力、建立正确的数学哲学观、破除迷信等忠告,同时还给出了如何提高逻辑思维能力的具体方法和建议。

关键词 数学基础;对角线证明;实无限;潜无限;基数;一一对应;L离散

 

https://zhuanlan.zhihu.com/p/354660053

 



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