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《统一无穷理论》一书,构造了以“数原子”为基础的数字世界,并把无穷大统一为唯一一个∞。这样的统一方法,把从0到∞之间的空间密密麻麻填满了“数原子”。这种构造数的方法启发了我用更简单易懂的方法去构造数的新模式。
为了避免再次陷入集合论、无穷大的分层、实数集的可数等争论不休的问题,本人构造了一种数的新模式——层次数。
层次数是构造在实数(位数)是可数的基础上。实数(位数)是可数的结论已得到不少专家的论证。
下文是把0(包括0)以上的数构造为层次数,不考虑负数和虚数。
一、构造层次数
我们知道自然数是数不完的无穷数:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,……,N,N+1,……
由于无法数到无穷大,只能用下列方法表示自然数系列:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,……,U,……,∞
由于不存在最大的自然数,我们尽可能取极大的自然数U(简称极大数)。U仍然不是最大的自然数,只能用无穷大(∞)来表示自然数的最终值。但由于∞不具有自然数的性质,所以有必要构造层次数。
对0以上的数,可以按以下划分:
0,无穷小,实数,无穷大
(为了便于分析,本文把0单列出来,即本文实数不包括0)
传统的数字观把实数与无穷小和无穷大混在一起,认为实数与实数之间既有无穷小,也有无穷大。由于实数(位数)是可数的,我们完全可以把实数构造在无穷小和无穷大之外。
无穷大 (4层)
↑
↑﹉﹉﹉
实数 (3层)
↑
↑﹉﹉﹉
无穷小 (2层)
↑
↑﹉﹉﹉
0 (1层)
二、实数
上述的数分为4层:0,无穷小,实数,无穷大;层与层之间有明显的跨跃。虽然层与层之间有很多数,但这些数几乎是用不到的,可以忽略。
实数的形式可写为:
N1N2N3……NU . n1n2n3……nU1(U、U1为极大数)
这里要强调的是:对于U、U1不是最终值,U、U1之后还有很多个数,但这些数几乎是用不到的,可以忽略。
三、实数与无穷大
我们知道,实数与无穷大之间可能有过渡数,但这种过渡数没有办法找到。在上述定义的实数形式(N1N2N3……NU . n1n2n3……nU1)里,整数部分N1N2N3……NU 离无穷大依然很遥远,小数部分n1n2n3……nU1(位数)也是无法接近无穷大,但可以用跳跃的方式穿跃这“密集无用的过渡数”。
上述方法构造的实数可以不再与无穷大或无穷小相关。
无穷大的构造方法也简单,就用∞表示。∞是不是可以统一为一个(《统一无穷理论》就把∞统一为一个),或者可以分为很多个超限数(康托尔的无穷理论),对上述的构造没有任何影响。
四、其它层次数
0不用构造,依然只有一个0。
无穷小δ,按照现在高等数学教材里的定义,无穷小是趋近于0但又比0大的数,即δ>0;同时无穷小又小于任意小的实数,即δ<实数C。
同理,0与无穷小之间可能有过渡数,这种过渡数也是没有办法找到,也同样可以用跳跃的方式穿跃这“无用的过渡数”。
五、无穷小的比较
无穷小是可以比较大小的,它们是用分阶来比较。
设α与β都是无穷小
若lim β/α=0,就说β是比α较高阶的无穷小
若lim β/α=∞,就说β是比α较低阶的无穷小
若lim β/α=C≠0,就说β是与α同阶无穷小
若lim β/α=1,就说β与α是等价无穷小
六、层次数之间的关系
从两个重要极限其中之一可得:
(1+δ)∞=e
从上述公式可以推出:无穷小δ、无穷大∞与实数(这里是e)是可以互相转换的。由于实数e是可数数,因此无穷小δ、无穷大∞也都是可数数。
参考文献:
[1] 何华灿、何智涛著,《统一无穷理论》,科学出版社,2011年12月
[2] 戴维·福斯特·华莱士著,胡凯衡译《跳跃的无穷》,湖南科学技术出版社,2009年4月
[3] 樊映川等编,《高等数学讲义(上册)》,高等教育出版社,1964年7月
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