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六、多少人参加比赛:康托尔悖论
,在集合论中,对于集合有多少元素没有限制,所以会出现只有一个元素的或没有元素的子集(空集),原集本身也是自己的子集。

    所以当我们问原集能有多少个子集的时候,空集和原集也须计算在内。一个集合的所有子集也可以组成集合,这个集合叫做原集的幂集。例如{张三,李四}这一集合的幂集就是{{}{张三},{李四},{张三,李四}}。

    两个或两个以上的集合还可以通过运算形成新的集合。例如英语考试优秀的学生集A={赵丽,王芳,陈凤},数学考试优秀的学生集B={朱军,王铭,王芳}。这两个集可以相加组成集C,它既包含了A的元素,又包含了B的元素,这个集就是{赵丽,王芳,陈凤,朱军,王铭}。这个集称为A和B的并集。注意的是,王芳在上面的集中不必写两次,只要写一次就说明她是C的元素了。因此C的基数并不等于A的基数加B的基数,而是二者相加后再减去共同的元素。文艺委员盂娟在作统计时实际上就是把3个子集进行相加,但要把3个子集的基数相加后再减去共同的元素才能等于初二•三班的总人数。而孟娟只是简单相加,忘记了应减去相同的元素,难怪要多出8人了。集合A和B还可以相乘得一新集合D,D是由于A、B中共同的元素组成的集即{王芳},D称为A和B的交集。

    以上是康托尔集合论的一些基本概念。康托尔的理论,特别是一一对应的方法造成的无穷中的悖论,与传统观念格格不入,难怪一开始康托尔就遭到那些坚持传统观念人士的强烈反对,说他的理论是“雾中之雾”,甚至有人骂他是疯子。当时德国数学权威、他的老师克洛耐克的攻击尤为激烈。他说:“康托尔走进了超穷数的地狱。”他有一句名言:“上帝创造了正整数,其余的是人的工作。”就是说,人只能在正整数的有穷范围内研究,至于无穷的世界则完全超乎人的能力之外。甚至不承认康托尔为他的学生。在这种情况下,康托尔长期受到压抑和排挤,竟然得不到柏林大学的教授职位,他郁郁不得志,一度精神崩溃,放弃数学的研究,后来终于在一家精神病院去世。

    然而康托尔集合论的创立是人类思维发展史上的一座里程碑,它标志着人类经过几千年的努力,终于基本弄清了无穷的性质。因此越来越多的人开始承认它,并成功地把它应用到许多别的数学领域中去。大家认为,集合论确实是数学的基础。而且,由于集合论的建立,数学的“绝对严格性已经取得”。这时,数学的王国里春光明媚,阳光和煦,一派太平景象。然而正当人们喜气洋洋、兴高采烈地准备大摆“百牛宴”时,数学王国的大地上突然爆发了空前强烈的地震——在集合论发现了一系列的悖论。

    这些悖论的出现,可以说是康托尔集合论的必然结果。实际上在19世纪末,康托尔本人就已发现自己理论中有不少矛盾,但他没有声张,而是悄悄地在利用。

    由上可知,有1个元素的集合其子集有2个,有2个元素的集合其子集共有4个,一般地,有n个元素的集合其子集有n^2个,n个元素的集合其基数为n,而其所有子集组成的集合的基数为n^2,显然n^2>n。因此有“康托尔定理”:任意集合(包括无穷集)的幂集的基数大于该任意集合的基数。

    据康托尔集合理论,任何性质都可以决定一个集合,这样所有的集合又可以组成一个集合,即“所有集合的集合”(大全集)。显然,此集合应该是最大的集合了,因此其基数也应是最大的,然而其子集的集合的基数按“康托尔定理”又必然是更大的,那么,“所有集合的集合”就不成其为“所有集合的集合”,这就是“康托尔悖论”。对这一悖论,康托尔并没有感到害怕,因为通过反证法恰恰证明没有“所有集合的集合”或者说“最大的集合”,当然也没
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