无限的存在,大概是人的第一个惊奇。数数给我们的经验是,计数不是最终目的,明确地描述行为本身才是目的。
描述所需要面临的第一个问题是获得对象,最基本的对象观念,就是集合。
描述“加1”背后的集合,就获得了人类的第一个数学对象-自然数集合。
关于无限的第二个惊奇,是发现哪怕是运用自然数,即可找到不同于自然数的其他无限形式,“日取其半,以至于无穷”,还好,我们可以使用集合观念来把握那样的无限:
假设“日取其半,取之不竭”,即在一个集合A里面去取子集的操作,如果重复可数无限次,总还是存在非空的子集。这个操作本身表明A的元素是不可能用自然数一一对应标记的。
(假设A中的元素是可以与自然数一一对应的,那么只是采取日取其半的方法,去掉包含某个自然数对应元素的那一半,即去掉所有用自然数标记了的元素所在的那一半之后,总还是剩下一个A的非空子集,即可在A里面找到无法用某个自然数对应的元素。)
无限的形式变了,但一一对应的计数原则仍然可以保留,实际上,如果A与B一一对应,A与C不能一一对应,那么我们总是发现B也与C不能一一对应。这个事实保证着这个计数原则的有效性,也由此可以依据计数性质来对集合分类。
分析正是需要在一个计数性质明确的集合上进行,至于该集合如何具体实现其计数性质,则应该不是分析学的主题。
[接下来的问题是,自然数是一个现成的具体实现了的集合,通过与之进行一一对应操作,可以确定与之等势的其他集合,例如有理数,然后可找到另外与之不等势的无限集合,例如实数,无理数,代数数,超越数等实现例子,则属于同一类,显然自然数的势小于实数的势,那么:
1,是否存在势介于上述两者之间的集合?
2,势大于实数的集合是否存在,以及如何实现?
同样我们把上面的问题留给集合的理论,下面只是讨论一般分析的方法。]
一个集合的计数性质可以通过子集来构造。实际上,如果构造集合A的所有子集的集合A,则该集合的势比A大,而且不存在势介于A与A之间的集合。这样一个事实使得我们可以经由A的子集的构造来描述A的计数性质,这就是所谓子集的代数。
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