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¿Georg Cantor ' discusión diagonal s, lo que prueban exactamente?

Estoy teniendo esta discusión con algunos amigos, y parece que todos no entiendo muy bien este tema. Ahora, entiendo que el Cantor de la diagonal argumento se supone que es para demostrar que no son "infinitos más grandes" que otros. Ahora, honestamente, yo sólo creo que hay algo que no debe entender aquí. Yo no sé realmente lo que es aquí, pero aquí he visto un video en YouTube por Numberphile titulado "el Infinito es más grande de lo que piensas". Me había puesto el enlace, pero no estoy seguro de que se me permite en este foro.

De todos MODOS, aquí voy a tratar de describir lo que no entiendo: a mí me parece que el argumento es "no importa lo que su lista es, con este método puedo escribir un número que no está en esa lista". Pero, de nuevo, al mismo tiempo, todo el tema es sobre listas infinitas. Si usted tenía una lista infinita de números, es evidente que contienen cada número, ¿verdad? Quiero decir, si había una lista que fue verdaderamente INFINITO, entonces usted simplemente no podía encontrar un número que no está en la lista! Por ejemplo:

. . . 0.12345 0.12346 0.12347 0.12348 0.12349 . . .

La primera cosa que yo ya no entiendo es esto: usted no tiene que agregar un dígito de cada número de la lista para cada número que desea agregar a la lista? Porque, quiero decir, si yo tenía 6 números de la lista anterior en lugar de cinco, ¿cómo puede exectute esta diagonal en el método de la cosa, cuando sólo hay cinco dígitos después de la 0.? Y la segunda cosa que no entiendo: si había realmente una lista INFINITA, ¿cómo puede usted encontrar un número que no está en esa lista? A mí me parece que esto sólo funciona con finito listas, ¿no? Porque verdaderamente una lista infinita de contener todos los números. El hombre en el video afirma que siempre se puede hacer otro número que no está en esa lista, pero en una lista infinita, por lo que el número podría ser que no aparece en la lista?

Chicos, ni siquiera estoy muy seguro de qué es lo que no entiendo, creo que no debo ser la comprensión de algo. Si de alguna manera se puede ver lo que mi pensamiento error, por favor hágamelo saber. Y tratar de responder a mis preguntas. Gracias un montón.

3voto

tilper Puntos 779

Para preguntas específicas:

Georg Cantor en diagonal del argumento, qué es exactamente lo que hace es probar?

(Esta es la pregunta en el título a partir del momento en que escribo esto.) Esto demuestra que el conjunto de los números reales es estrictamente mayor que el conjunto de enteros positivos. En otras palabras, hay más números reales que no son enteros positivos. (Hay varias otras formas equivalentes de la indicación de él, pero esa es la manera que prefiera y frecuentemente se han visto.) Uno podría pensar: "bueno, obviamente, que es el caso", pero no se realmente que es obvio que cuando se trata con el infinito. Por ejemplo, el conjunto de enteros positivos $\{1, 2, 3, 4, 5, \dots\}$ y el conjunto de positivo, incluso enteros $\{2, 4, 6, 8, 10, \dots\}$ tienen exactamente el mismo tamaño, incluso a pesar de que uno podría esperar intuitivamente el último a ser exactamente la mitad del tamaño de la anterior. (Para mostrar por qué estos tienen el mismo tamaño es relativamente sencillo, pero demasiado de una desviación de su pregunta principal de la OMI.)

usted no tiene que agregar un dígito de cada número de la lista para cada número que desea agregar a la lista? Porque, quiero decir, si yo tenía 6 números de la lista anterior en lugar de cinco, ¿cómo puede exectute esta diagonal en el método de la cosa, cuando sólo hay cinco dígitos después de la 0.?

Sí, esto es necesario para que la prueba funcione. Por supuesto, en la práctica, no podemos continuar con este proceso para siempre, pero la idea de la prueba es que podemos indefinidamente hacer esto en teoría. Y esto es legítimo, porque la lista se supone que es una lista de los verdaderos números. El conjunto de los números reales contiene una infinidad de números cuyo decimal expansiones continuar indefinidamente, tales como los números racionales como $1/11 = 0.09090909...$ y los números irracionales como $\sqrt{2} = 1.41421536...$. Así que ciertamente no hay escasez de números como este para incluir en su lista (porque hay infinitamente muchos de estos números).

Y la segunda cosa que no entiendo: si había realmente una lista INFINITA, ¿cómo puede usted encontrar un número que no está en esa lista? A mí me parece que esto sólo funciona con finito listas, ¿no? Porque verdaderamente una lista infinita de contener todos los números. El hombre en el video afirma que siempre se puede hacer otro número que no está en esa lista, pero en una lista infinita, por lo que el número podría ser que no aparece en la lista?

Usted parece pensar que una "lista infinita" es la misma cosa como la "lista contiene todo lo posible", pero esto no es cierto. Es perfectamente posible tener una lista infinita de números que no contiene todos los números posibles.

Para comprender más fácilmente esto, considere los enteros positivos:

$$ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, \dots$$

Creo que estamos de acuerdo en que esta lista es infinita, porque hay infinitamente muchos enteros positivos. (Para encontrar el siguiente número entero, sólo tiene que añadir $1$ a la actual entero).

Ahora, ¿qué hay de positivo, incluso los números enteros? La lista sería así:

$$ 2, 4, 6, 8, 10, 12, \dots $$

Creo que también podemos estar de acuerdo que esta lista es infinita, porque hay infinitamente muchos positivos, números enteros. (Para encontrar el siguiente número entero, sólo tiene que añadir $2$ a la actual entero).

Así, el segundo de la lista es una lista infinita de enteros positivos (específicamente, el incluso), pero no contiene todos los enteros positivos.


Del mismo modo, en el Cantor de la diagonal argumento, el punto es construir una lista infinita de números reales, donde cada número real es "etiquetado" con $1, 2, 3, 4, 5, \dots$. Es decir, un par de cada número real con un número entero positivo en un intento de mostrar que hay lo que se llama un "contable" o "countably infinito" cantidad de números reales. (Conjuntos infinitos cuyos tamaños son iguales al tamaño de los enteros positivos se llaman contables porque en esencia podemos "contar" los elementos del conjunto por el emparejamiento de cada elemento en el conjunto con exactamente un número entero positivo.) Pero entonces la diagonal argumento muestra cómo construir un número que no puede estar en la lista. Por lo tanto, la lista no puede contener cada número real (que, de nuevo, no se contradice con el hecho de que la lista es infinita), lo que significa que la cantidad de números reales es mayor que la cantidad de enteros positivos.


Re: tu comentario

Pero, de nuevo, la única manera que usted puede crear un número que no está en la lista si la lista no está verdaderamente infinito. ¿No es cierto? Porque si la lista es infinita, por lo que el número podría no estar allí?

No. El argumento diagonal de forma explícita se muestra que el número no puede estar en la lista. "Lista infinita de números" y "contiene todos los números posibles" no son la misma cosa pero parece que seguirán pensando que son. Ver a mi entero positivo vs positivo, entero par ejemplo, en el original de mi post anterior. ¿Quizás entender eso, pero simplemente no estás convencido de cómo esa lógica se extiende a los números reales en general y no sólo números enteros? He aquí otro ejemplo con más números general.

Consideremos el conjunto de todos los números reales, cuyo primer dígito después de la coma decimal es $1.$ Esta lista contiene los números como los siguientes: \begin{align*} -&9.148754829...\\ &0.1326544685...\\ &12.1389749827429857...\\ &0.1111111111...\\ &31.123123123123...\\ &0.1487648348999... \end{align*} Ahora supongamos que quitar de esta lista a todos los números que son estrictamente mayor que $1$ o menos de $0$. A continuación, nuestra nueva lista podría ser en realidad un subconjunto de la lista anterior. Y el primero, tercero y quinto de los números que se enumeran más arriba no estaría en esta lista. ¿Está usted de acuerdo que nos están quitando un número infinito de números de la lista? Estamos. Pero, ¿realmente crees que la nueva lista es finito? No, porque incluso entre los $0$ $1$ hay infinitamente muchos números diferentes, cuyo primer dígito decimal es $1$. \begin{align*} &0.1326544685...\\ &0.1111111111...\\ &0.1487648348999...\\ &0.1\\ &0.197865413897...\\ &0.125 \end{align*} Esta es una lista infinita de números reales que no contienen cada número real. Ni siquiera contienen cada número real cuyo primer dígito decimal es $1$, pero aún así es una lista infinita.

En una lista infinita de números con infinitos dígitos, este argumento podría uh... bueno,supongo que nunca podría hacer. La línea diagonal de dígitos seguiría hasta el infinito, sin embargo, nunca podría hacer un número que no está en esa lista. Me siento tan confundida pensando en estas listas infinitas, pero, ¿sabes a lo que me refiero? Parece que este argumento depende de la lista final de alguna manera.

Este tren de pensamiento se encuentra en el centro de por qué algunas personas rechazan el argumento de Cantor , pero la comunidad matemática en general lo acepta. Realmente no dependen de la lista final, porque no todos los números reales tienen expansiones decimales que terminan.

El hecho de que el argumento o proceso nunca puede ser terminado no hace inválida o incorrecta. Por esa misma razón, se podría decir que no hay infinitamente muchos enteros porque no se puede escribir todo de ellos hacia abajo. Estaría de acuerdo con esa afirmación? Personalmente yo no lo haría, porque todavía podemos describir el conjunto de todos los números enteros y exhiben un patrón que nos dice cómo encontrar el "siguiente" entero. Y es de conocimiento común que encontrar el "next" (como en, la siguiente a la derecha en la recta numérica) número entero sólo tenemos que añadir $1$ a la "actual" entero. Pero algunas personas rechazan esta noción sobre la base de que este no es un proceso finito. Esto es algo que sólo he aprendido recientemente acerca de - en este sitio, la verdad. Se llama ultrafinitism.

3voto

ManuelSchneid3r Puntos 116

"Si había una lista infinita de números, es evidente que contienen cada número, ¿verdad? . . . Porque verdaderamente una lista infinita de contener todos los números."

Ciertamente que no.

Por ejemplo, la lista de "$2, 4, 6, 8, ...$" ni siquiera contiene todos los naturales de número! (Tenga en cuenta que de hecho, estamos hablando de listas infinitas aquí.)


Así que ese es el error que estamos haciendo; ahora, por qué es el Cantor de la afirmación verdadera?

Se pregunta cómo podemos producir un número en una lista infinita; pues bien, esto es lo que Cantor no! Por simplicidad, vamos a mirar los números reales en el $[0, 1]$ base $2$, y temporalmente ignorar el hecho de que algunos de reales como $0.0111111...=0.1000000...$ han binarias varias expansiones (esto es fácil de arreglar más tarde, pero hace las cosas más difíciles de entender al principio).

Ahora supongamos que tengo una lista de estos reales - es decir, una secuencia $r_i$ ( $i\in\mathbb{N}$ ), donde cada una de las $r_i$ es real en $[0, 1]$. Para ayudar a visualizar esto, vamos a escribir en una matriz. Por ejemplo, tal vez se parecen

  • $0.01101000...$

  • $0.10101100...$

  • $0.11111111...$

  • $0.01100001...$

Quiero construir un número real $s$$[0, 1]$, que yo sepa no está en esta lista. Esto significa que tengo un montón de requisitos a cumplir: necesito $s\in [0, 1]$, y necesito $$s\not=r_1,\quad s\not=r_2, \quad s\not=r_3, \quad. . ..$$

La idea es que voy a definir mi número real, de modo que cada dígito binario se ocupa de algunos de los requisitos.

En primer lugar,$s=[0, 1]$, vamos a empezar con "$0.\begin{align*} -&9.148754829...\\ &0.1326544685...\\ &12.1389749827429857...\\ &0.1111111111...\\ &31.123123123123...\\ &0.1487648348999... \end$". No, eso fue fácil. Ahora ¿qué pasa con los otros requisitos?

Voy a reescribir nuestra matriz anterior, pero con ciertos dígitos sugestivamente destacar:

  • $0.{\color{red} 0}1101000...$

  • $0.1{\color{red} 0}101100...$

  • $0.11{\color{red} 1}11111...$

  • $0.011{\color{red} 0}0001...$

Y recuerda que dos números reales son diferentes si sus binario expansiones son siempre diferentes. (Como se comentó anteriormente, esto no es del todo cierto en la nariz, pero ignorarlo por ahora; es fácil de solucionar, después de obtener la idea general.) Así por ejemplo, para asegurarse de $s\not=r_1$ sólo necesito a $s$ $r_1$ tener un dígito diferente, y así sucesivamente.

Así que aquí está cómo hacerlo:

  • Tomar toda la red dígitos y ponerlos juntos - esta es la diagonal de la secuencia. En este caso es {\color{rojo} $0010...$}. El $n$th número de la diagonal de la secuencia es el $n$th dígitos de la $n$th real en nuestra lista (check this!)

  • La inversión de la tendencia! Cambio de cada una de las $0$$1$, y cada una de las $1$$0$. Esta es la antidiagonal de la secuencia, y en nuestro caso es $1101...$

  • Poner un "$0.$" en frente de la antidiagonal de secuencia para obtener una real en $[0, 1]$ (aquí, "$0.1101...$"); este es nuestro $s$.

Ahora claramente $s\in [0, 1]$ eso es suficiente para comprobar que el $s$ no está en nuestra lista.

  • $s\not=r_1$, ya que el $s$ $r_1$ difieren en el primer dígito binario: $s$ $1$ pero $r_1$$0$.

  • $s\not=r_2$, ya que el $s$ $r_2$ difieren en el segundo dígito binario: $s$ $1$ pero $r_1$$0$.

  • En general, $s\not=r_n$ cualquier $n$, ya que el $s$ $r_n$ siempre tendrá diferentes $n$th dígitos binarios.

Por lo $s$ no está en la lista! Y lo hemos demostrado, de hecho, es que la lista no contiene todos los números reales.

(Salvo por ese pequeño detalle acerca de reales el tener dos binarios diferentes expansiones. Usted puede tratar de arreglar esto como un ejercicio por su cuenta, o mirar un tratamiento completo de la prueba en un libro de texto o en línea).

0voto

benguin Puntos 83

Imagina que estás esperando en una cola de personas de contables de longitud. Lo bueno de esto es que aunque esta línea es infinita, es todavía contables, lo que significa que no existe un entero $n$ tal que no sólo se $n$ de personas en frente de usted, así que a pesar de $n$ puede ser muy grande entero, usted está garantizado para estar esperando en la línea para una cantidad finita de tiempo.

En el contexto de la programación de la computadora, esto significa que si tengo un algoritmo que quiero correr en una contables conjunto, existe una manera de que pueda realizar una función/operación en todos los elementos, de tal forma que para cada elemento $s$, el programa llevará a cabo dicha operación en $s$ en algún momento durante el programa en tiempo de ejecución.

Como para innumerables conjuntos, que son tan "grande" que no se puede siquiera una lista de ellos. Como un experimento de pensamiento, trate de pensar en una manera de que usted podría hacer una lista o de la orden de los números reales tal que cada número podría ser "atendidos" en una cantidad finita de tiempo. Un intento inicial podría ser la de ir primero a través de los números que han $1$ dígitos en su representación decimal. A continuación, vaya a través de todos los números que han $2$ dígitos en su representación digital, y así sucesivamente y así sucesivamente. Cada uno de estos grupos (el conjunto de los números reales con a $n$ dígitos en su representación) es finito, así que parece que se puede utilizar este método para generar todos los números reales en la forma que para cada número real $r$, nuestro algoritmo llega a $r$ en un período de tiempo finito. Sin embargo, este se rompe por números con infinitos decimales representaciones, tales como $1/3 = 0.3333\dots$. No importa cuánto tiempo tenemos que ejecutar nuestro algoritmo, nunca voy a llegar a $1/3$, siempre habrá un número infinito de "adelantado" de "en línea"

Cantor de la diagonalización argumento demuestra que los números reales no son numerables, así que no importa cuánto nos esforcemos para organizar los números reales en una lista, que no se puede hacer. Esto también significa que es imposible que un programa de ordenador para recorrer todos los números reales; cualquier intento de causar ciertos números para nunca ser alcanzado por el programa.

0voto

Bram28 Puntos 18

Parece atascado en el siguiente pensamiento: Si usted tiene una lista infinita de números ... ¿qué número podría estar faltando?

Bien, aquí está una lista infinita de números:

2,4,6,8,...

Este es, por supuesto, el comienzo de una lista infinita de números. Ahora, hay números que no están en la lista? Por supuesto! 1,3,5,... son todos no en la lista.

Así que esta es una inmediata contraejemplo a la idea de que si usted tiene una infinidad de números, de alguna manera se le debe tener a todos ellos. De hecho, este ejemplo es el de los números naturales, que son claramente contables: hay un 'primer' número (1), una "segunda" (2), etc. Y, sin embargo, lo que el ejemplo anterior demuestra es que:

Usted puede tener una lista infinita de números naturales sin todos los infinitos números naturales está en él!

Ahora, por supuesto, los números naturales son 'susceptibles de listarse':

1 2 3 4 ...

Así que ¿por qué no hacemos una lista de los números reales?

Por ejemplo, considere la posibilidad de:

. . . 0.12345 0.12346 0.12347 0.12348 0.12349 . . .

No es esta una lista? No.

Primero un punto de vista técnico: la lista puede ser infinita, pero normalmente requieren que haya un principio. OK. Bien, vamos a dar una lista de los números reales entre 0 y 1, por lo que tenemos un evidente principio (y hasta un final!):

0 0.00001 0.00002 ... 1

No es que una lista de todos los números entre el 0 y el 1? No. El número 0.000000001 no está allí.

OK, está bien, sólo 'rellenar' los números que faltan:

0 ... 0.00001 ... 0.00002 ... 1

No es que la lista? No! Y esto es muy importante para entender:

Lo importante de una lista es que para cada entrada podemos decir exactamente en que lugar (1ª? 2º? 17?) va a ser (básicamente, lo que su 'índice' es), por lo que podemos asociar un número natural con esa entrada, y así definir el surjection de los números naturales al conjunto de objetos que se muestran, lo que demuestra que el conjunto de objetos es enumerable.

Así que: ¿qué es el 'índice' de 0.00001? No es la primera entrada en la lista, y tampoco es el segundo ... pero que es? Y la cosa es .. porque hay infinitamente números entre 0 y 0.00001, 0.00001 termina teniendo ningún índice en absoluto ... así que esto es no una lista. No está permitido tener estos ....'s en el medio de la lista.

OK, ¿entonces cómo sobre esto:

0 1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.01 0.02 0.03 ...

Así que en esta lista de los números reales entre 0 y 1, en primer lugar de la lista de todos los números reales con 0 dígitos después del punto decimal, entonces todos los que con 1 dígito después del punto decimal, entonces todos los que con 2, etc. Así, no hay ...'s en el medio de esta lista. Así, no es este un listado de todos los números reales entre 0 y 1?

No, porque el $\frac{1}{3} = 0.33333...$ nunca va a hacer una aparición en esta lista: la forma en que me define esta lista, cada entrada en esta lista, dispondrán de un número finito de dígitos después del punto decimal.

OK, entonces, ¿qué debemos intentarlo ahora? Bueno, tal vez usted puede probar algunas otras cosas, pero espero que en este punto me han dejado claro a usted que es al menos muy difícil crear una lista de todos los números reales. Y lo que el Cantor de la diagonalización argumento muestra, es que de hecho, es imposible hacerlo.

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