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  • 1 # 帖木兒

    我覺得非數學專業的人似乎沒有必要來了解這個axiom of choice

    “給出一個由非空集合為元素的無窮集合S,你可以從每個元素集合裡拿出一個元素,構造一個新無窮集合”

    注意這裡的要害在於:這個新集合的構造過程是不需要給出的,也就是說,你不需要指明如何從原來的集合裡挑選元素。

    這個“公理”聽起來很合理,但細究起來有一些讓“某些數學家”(比如構造主義學派)不太舒適的地方:這條公理意味著你不需要真正去(透過特徵等)理解和挑選元素,依然可以宣稱該集合被創造出來了。

    這個定理我記得最早好像是ZFC裡使用,用來試圖解決康托爾集合論悖論(這是一個更大的坑)。

    跟這個axiom of choice有關的是一個非常非常著名且反直覺的定理:taski-banach定理。絕對讓人摔掉下巴!

    “一個三維空間裡的單位實心球,可以被分割成有限塊(實際上最少只要5塊),將這些小塊僅僅透過旋轉和平移這兩種剛體運動(沒有拉伸!),就可以完整的重構出兩個和原先一模一樣的單位實心球!一個點都不少!”

    這個定理的完整證明比較囉嗦,但關鍵步驟很簡單,用到抽象代數里的“二階自由群”,很容易證明球的兩種(比如分別沿x軸和y軸)旋轉(角度只要是π的無理數倍即可)可以構成一個二階自由群的兩個生成元。然後運用一個二階自由群的經典方法將之拆成兩個與原群“幾乎”一樣的集合。最後是一堆囉嗦的方法把上面“幾乎”倆字去掉。

    注:這個定理我個人認為具有強烈的物理意義:空間和物質不可能(像實數軸一樣)是無限連續可分的,否則質量守恆等大批物理概念都不復存在。

    tarski-banach定理的證明過程其實是需要依賴“選擇公理”的。實際上並未真正給出一個“明確的,可執行”的方法來指導你一步步如何切割單位球,而是證明了“這種切割是存在的”。這也是構造主義數學家對此公理有所詬病的地方。

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