康託爾告訴你:為什麼說代數數是可數無窮,實數是不可數無窮?

2020-11-29 電子通信和數學

前一篇文章,說明了康託爾運用對角線法從有理數得出無理數的方法,以及自然數與有理數

數量一樣,我們總能用康託爾的方法構建一個集合外的數。

代數數與無理數都是可數無窮,於是就可以用康託爾的對角線法構造一個不是代數數的數了,也就是超越數

列出全體代數數的一個很重要的原理是一個2次方程之多2個實根,而21次方程,比如說圖中這個,之多能有21個實根,接下來說一下列出全體代數數的操作流程,我們已經列出全體分數了,而全體分數是係數為整數A,B的全體線性方程的根,當然你也可以創造你自己的方法。

在列出所有有理數後,我們要寫上所有的2次無理數

它們是係數為整數A,B,C的全體2次方程的根,下一步就如同我們從裡到外走過的這張全體整數對組成的2D數陣,我們走過了全體分數,現在我們來到三元整數對(A,B,C)組成的3D數陣,我們便能走過所有的2次方程

對於每個我們遇到的2次方程,我們把它們的解添加到列表上,我們要排除分數根,因為已經在之前的清單上列過了,同時也要排除這一階段已經列過的2次無理根

這樣,我們就列出了全體2次無理數,包括根號2,黃金比例之類

接下來,我們用同樣的操作取取處理3次無理數,以及更高次的

現在我們把它們列在一起,現在這張2D數陣,囊括了全體代數數,每個數恰好一個

最後階段,我們像這樣把數陣縫起來,按照藍線的路徑把遇到的代數數列出來

這只是其中一種列法發,還有無窮多個列法,我們再用康託爾對角法,把列出來的數轉換成超越數,而康託爾對角法的用途不止在於生成一個超越數

我們還能用來研究超越數有多少個,在重申一遍,用康託爾的對角線法可以生成一個實數,不屬於任何可數無窮數集,那麼實數集本身呢?實數集是可數無窮集嗎?

很顯然不是,因為如果實數集是可數的,那麼我們就能生成一個不屬於實數集的實數,很顯然這是不可能的,那就真的變成「超越」數了,無論如何,我們無法生成實數集外的實數,因此,意味著實數是不可列的,它們組成的是一個不可數無窮集。

不可數無窮,顯然比可數無窮要大得多,所以說,實數是不可數無窮,而代數數是可數無窮。

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