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正有理数多,还是正整数多

无穷大和无穷大+1,谁更大?自然数多还是正整数多?正有理数多还是正整数多?
正有理数多,还是正整数多
54 人挑战成功
趣味数学挑战

完成本期挑战需要达到:

本科数学水平

题目

对于无穷集合的元素个数比较,我们规定:两个无穷集合的元素之间如果存在一一对应, 它们的元素数目就被定义为 “相等”. 反之,如果两个无穷集合的元素之间不存在一一对应, 那么它们的元素数目就“不相等”,此时就遵循整体大于部分的原理. 那么,正整数集与正有理数集, 所含元素多的集合是 __________.

选项

大家都知道, 自然数 (即0, 1, 2, 3, ...) 有无穷多个, 正整数 (即 1, 2,3, ...) 也有无穷多个. 现在我们来考虑这样一个问题: 全体自然数和全体正整数哪个更多? 有人会说: “这还用问吗? 当然是自然数多啦!自然数比正整数多一个0呀!” 确实, 正整数只是自然数的一部分, 而整体大于部分, 因此自然数应该比正整数更多.

但细想一下, 事情又不那么简单. 因为如果将自然数装进你的口袋,正整数装进我的口袋,我们不知道谁的口袋里装的数多,那怎么比较呢?当然是,你从口袋里拿一个0,我便拿一个1与你的0对应,你拿出1,我拿出2,你拿出2,我拿出3,如此无限继续下去,可以想象,只要你拿出一个数,我也总能拿出一个数来,只要我的数比你大1即可,而这样的数总是找得到的.这么一来,谁口袋里的数多就无法定论了,或者换句话说,一样多.

而著名的意大利科学家伽利略也考虑过我们上面这个问题. 他的结论是: 那样的比较是无法进行的.

这样的问题困扰了数学家很多年. 但随着数学的发展, 数学家们最终还是为无穷集合的比较建立起了系统性的理论, 它的基石就是上面提到的一一对应的关系,这是由著名德国数学家康托 (George Cantor) 提出来的.

也就是对于无穷集合的元素个数比较,康托的理论是:两个无穷集合的元素之间如果存在一一对应, 它们的元素数目就被定义为 “相等”. 那么按照这个定义,

自然数集和正整数集都是有无穷多元素的,并且他们之间可以建立如下一一对应的关系.

所以自然数集和正整数集元素个数一样多.

康托生于 1845 年, 是集合论的奠基者. 康托的理论是如此新颖, 连他自己也曾在给朋友的信件中表示 “我无法相信”. 与他同时代的许多其他数学家更是对他的理论表示了强烈反对, 甚至进行了尖锐攻击.但时间最终证明了康托的伟大. 他的集合论成为了现代数学的重要组成部分.

现在请你来比较一下全体正整数多呢还是全体正有理数多,亦或是一样多?

发布于 2021-04-14 09:25
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编辑于 2021-04-14 09:25
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那有理数二分之三跟三分之二找不到对应的啊