康托尔定理指的是什么?定理的内容很有兴趣,但是,定理的证明方法(所谓“三角线证明法”,Diagonal Method)却很独特,超出一般人的想象力。
康托尔定理是对于一般的任意集合A来说的,定理是说:给定任意集合A就怎么怎么样。集合A是抽象的集合,定理内容属于什么具体范畴很不好确定,看上去定理内容就有点“奇怪”。
我们把问题简化,康托尔定理断言:单位区间[0,1]中的数字不可计数(即“数”不过来)。也可以说,定理断定:区间[0,1]里面的数字比自然数(集合)还要多。
我们假定单位区间[0,1]中的数字可“数”,比如,采用十进位小数表示数字:0.23765...;0.3287646...;0.87243286...;......等等。这样不断枚举下去,是不是能够把区间[0,1]中的所有数字全部计数完毕?假定能够计数完毕,会不会导致什么逻辑矛盾?
模仿康托尔对角线证明方法(证明模板),我们用反证法。假定区间[0,1]可以“计数”,必然导致矛盾。我们将上述小数从上往下整齐排列成一个无限“方阵”,从左上角至右下角划一条对角线。在这条对角线上,每遇到一个整数,就随便改动一下换成另外一个整数值。由此定义出一个新的小数,很显然,它不可能与原有的任何一个小数相等。这就是说,如果能够“计数”完毕,那么,我们一定能够“造出“一个新的小数不在原有数字之列,于是,这就导致了矛盾,与原有假设不符。
康托尔定理说明了存在不同的”无限集“。在可数集与上述无限集之间还有没有”中间集“?康托尔说:没有了。这就是著名的康托尔”连续统假设“(CH)。在康托尔看来,从可数集到实数集是一个巨大的”飞越“。至今,在公理化集合论中,既不能证明“连续统假设”(CH)是正确的,也不能证明它是不正确的。世界上有两种”数学“:一种是康托尔数学,一种是非康托尔数学。
袁萌6月23日