芝諾悖論:為什麼有人說,兔子追不上烏龜是必然的

2020-12-15 小淼談教育

從小我們就聽過龜兔賽跑的故事,你知道嗎?在某些情況下,兔子是永遠都追不上烏龜的。

還是先來複習一遍龜兔賽跑的故事。假設兔子與烏龜的賽程是120米,兔子跑到60米的時候,發現烏龜才挪動了6米,這時比賽時間已經過去了1分鐘,也就是60秒。也就是說兔子的速度是60米除以60秒等於1m/s,而烏龜的速度只有6÷60=0.1m/s。

兔子一看烏龜這麼慢,便找了個地方睡覺,準備等一等烏龜。

可當兔子醒來的時候,烏龜距離終點就只有10米的距離,按照兔子和烏龜的速度,我們可以算出兔子跑到終點只需要1分鐘的時間,而烏龜需要100秒,也就是1分鐘40秒。兔子是可以追上烏龜的。

那我為什麼說,兔子永遠也追不上烏龜呢?

其實這就涉及了一個大前提,兔子超過烏龜,總是需要到達烏龜之前的位置。也就是和兩分法悖論差不多。

有一個100米的賽程需要跑完,而參賽者跑完剩下距離的二分之一需要9秒。當跑完50米的時候,時間用掉了9秒,而當參賽者跑接下來的50米的一半時,也需要9秒;依次繼續,每次9秒的時間,參賽者只能跑剩下距離的二分之一,最後總是會剩下二分之一,也就是0.5的n次方的距離,按照這種定義,參賽者是永遠跑不到終點的。

這就和兔子永遠追不上烏龜是一樣的,兔子每次只能先跑到烏龜上一秒所呆的位置上。兔子與烏龜總是相距烏龜1秒所爬的路程,這樣兔子又怎麼能追上烏龜呢?

其實,這個悖論出現的原因,都是因為一個前提,追趕者總是會先跑到被追趕者之前的位置上,而正是這個前提限制了追趕者的速度,導致追趕者永遠追不上被追趕者。

和參賽者跑到終點都需要先跑到剩餘路程的二分之一一樣,無限的二分之一導致參賽者的總路程永遠也到達不了1。

而對於這種悖論,歐拉曾提出過一個解決方法。

我們先要知道,最後參賽者跑過的路程總是無限接近於1的,也就是0.99999999.....

而歐拉所做的就是證明了0.999999999....=1。

首先,我們把這個無限的0.999999設為X,根據數學的基本運算我們可以知道10X-X=9X,10X就是9.99999999......,用10X-X就等於9.99999999...-0.9999999...=9。

9X=9,那麼X就等於1。

與之相同的還有,靜止在空中的箭。都知道飛行的箭是一直處於運動的狀態中,可有人卻說,在相對的時間裡,箭其實是靜止的。也就是說,如果時間可以被停止,箭在時間停止的時候,是處於靜止狀態的。

後來我們就把這種現象,統稱為芝諾現象,也就是芝諾悖論。

在有限時間內的無限次操作就是芝諾現象的特點,就像是參賽者總需要無限次的到達剩下距離的二分之一,而每次移動的時間都是9秒,這就是在有限時間內的無限次操作。芝諾悖論利用的就是有限時間9秒,而每個9秒又只走剩下路程的一半,無限的2分之1,從而實現參賽者永遠到達不了終點的假象。

(圖片轉自網絡,侵權刪)

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