如何證明自然數的個數少於實數

時間 2021-05-09 04:22:52

1樓:ZS Chen

這是知乎上很常見的問題了. 我這裡收集一下我曾經回答過的:

對角線法:

反證法證明實數集不可數?

對角線法的"科普解釋":

「實數集合的無窮大比自然數集合的無窮大更大」是如何證明的,我是高中生,能不能用稍微簡單一點的語言描述?

用區間套定理:

ZS Chen:實數集不可數的非對角線證明(Cantor's first uncountability proof)

用Baire綱定理:

ZS Chen:實數集不可數的拓撲證明, 即Baire綱定理的乙個初等應用

用Rasiowa-Sikorski引理, 或者"力迫法":

ZS Chen:實數集不可數的"力迫"證明

2樓:endoresu

定理1:對於任意集合A,都有A的勢小於A的冪集P(A)的勢。

定理2:實數集R的勢等於自然數集ω的冪集P(ω)的勢。

由以上兩個定理,易得#(ω) < #(P(ω)) = #(R)。

3樓:

假設自然數與 等勢,則存在雙射 將 對映為自然數列 在 對映下得到的數列為

將 三等分為

這三個區間內必存在乙個區間記為 使得 ,

將 三等分可得到區間 ,使得 ,

以此類推可得到乙個閉區間套: ,其中

由閉區間套定理,存在 ,使得

而 中沒有乙個元素滿足上述條件,故

這與 矛盾,故 與 不等勢

又由於 與 等勢,故R的勢大於N的勢

4樓:ReIm

康托爾對角線法。

利用y=atan(x)/π+1/2可以讓實數和區間(0,1)上的實數建立單射,而正整數集與自然數集能建立單射,所以如果自然數集和實數集等勢,那麼正整數集也和(0,1)等勢。

假設存在一種方法,使得正整數集和(0,1)可以建立單射,設這種從正整數集到(0,1)的對映為f,記為t=f(n)。

將(0,1)中的數都轉化成十進位制數列的形式,然後構造乙個(0,1)上的數u,使得:

u的小數點後第n位是f(n)的小數點後第n位。

得到該數後,再構造出乙個(0,1)上的新數v,有:

若u的小數點後第n位k是0、1、2、3、4、5、6或7時,則v的小數點後第n位是(k+1)。

若u的小數點後第n位是8或9,則v的小數點後第n位是7。

由此,數v與f(n)中的任何乙個數至少有一位不同,故v不在f(n)中。而v卻又是(0,1)上的數,根據假設應該存在正整數h使得v=f(h),由此產生矛盾。

故正整數集無法與(0,1)建立單射,自然也就有自然數集無法與實數集建立單射,所以自然數集的勢小於實數集。

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