在數學中,有哪些非常有趣的悖論?

2020-12-03 艾伯史密斯

貝克萊悖論、羅素悖論、意料不到悖論、鱷魚悖論、分球悖論等等。

悖論:指自相矛盾的命題,這個命題中隱含著兩個對立的結論,而這兩個結論都能自圓其說。(悖:混亂,相衝突;論:言論,言語。)

歷史上出現過的數學悖論很多,數理邏輯是數學的研究方法,於是很多邏輯上的悖論,也歸在數學門下,以下就是幾個有趣的數學悖論:

貝克萊悖論

在17世紀,牛頓和萊布尼茲各自都獨立創立了微積分,但是兩人對微積分中「無窮小量」的定義不明確,導致了後來的第二次數學危機。

到了1734年,英國大主教貝克萊駁斥微積分理論(本質是反科學),指出了著名的貝克萊悖論,該悖論把當時微積分中最大缺陷暴露了出來:

關於第二次數學危機的解決,直到19世紀後,由眾多數學家,比如波爾查、柯西、阿貝爾和康託爾等等,建立了更嚴密的數學定義後,才得到徹底解決。

羅素悖論

大名鼎鼎的羅素悖論(也稱理髮師悖論),直接導致了第三次數學危機的出現。

19世紀末,第二次數學危機在集合論的完善下得到解決,數學家們「歡欣起舞」。在1900年國際數學家大會上,法國大數學家龐加萊甚至宣稱:現在的數學,已經達到了絕對嚴密的程度!

沒想到三年之後,英國數學家、邏輯學家和哲學家——羅素,提出著名的理髮師悖論,震驚了整個數學界:

羅素悖論的通俗解釋:城市中的所有人,都在一位技藝高超的理髮師那刮臉,這位理髮師說到:「我只為本城市中,不給自己刮臉的人刮臉」!於是,其他人對理髮師說:那麼你給自己刮臉嗎?

分析:倘若他不給自己刮臉,那麼他屬於「不給自己刮臉的人」,按照他的說法他就要給自己刮臉;倘若他給自己刮臉,他又屬於「給自己刮臉的人」,按照他的說法就不該給自己刮臉。

羅素悖論的出現,說明集合論本身是不完備的;直到1908年,數學家建立起了公理化系統,才讓集合論從根本上避免了羅素悖論。

預料不到悖論

一位學生會會長宣布:在下星期一到星期五的某一天下午開會,但是你們無法提前知道哪一天開會,因為只有到了當天早上的8點鐘,我才會通知你們。

如果我們仔細分析這段話,會發現存在自相矛盾,使得開會無法進行,你能看出問題所在嗎?

鱷魚悖論

這是古希臘的一個故事:一條鱷魚從一位母親的手中奪走了孩子,母親苦苦哀求說:求求你放過我的孩子,你提什麼要求我都答應。

於是鱷魚得意地說到:可以,那麼你猜猜,我會不會吃掉你的孩子,如果你猜對了,我就把孩子還給你!

這位母親細想片刻說到:我想你會吃掉我的孩子!

鱷魚琢磨了一會愣住了,心想:我要是吃掉孩子,說明你猜對了,我應該把孩子還給你;如果我不吃掉你的孩子,說明你猜錯了,我又要吃掉你的孩子!

分球悖論

悖論意指自相矛盾的命題,但是在一些數學悖論中,也指代某些數學命題,只是該命題與人們的常識相悖,比如分球悖論就是這樣的。

分球悖論,數學中一條經過嚴格證明的定理,可以描述為:一個三維實心球,必定存在一種辦法分成有限部分,然後僅僅通過旋轉和平移,就可以組成兩個和原來完全相同的球(半徑相同,密度相同……所有性質都相同)。

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