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1 # 老來學998
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2 # 思考思考的動物
(應邀)
首先,我們需要明確定義:什麼是(純)小數?
設 B 是大於等於 2 的自然數,若級數,
滿足,
每個 aᵢ(i=1,2,3,...)是 大於等於 0 並且 小於 B 的自然數;則稱 d 為 B進位制小數,記為,
其中,aᵢ 稱為 d 的 第i個 小數位。
接下來,我們來證明,命題1: 區間 (0, 1] 內的實數一定可以被 B進位制 小數表示。
證:
如上圖,對 區間 (0, 1] 進行無限分層:
第1層,將 區間 (0, 1] 均勻分為 B 段:(0, 1/B], (1/B, 2/B], ... ((B-1)/B, 1] ,並且分別標記為 0, 1, ..., B-1;第2層,將 第1層 的每個 區間 (n/B, (n+1)/B] 均勻分為 B 段:(n/B, n/B²], (n/B², 2n/B²], ... ((B-1)n/B², (n+1)/B] ,並且分別標記為 0, 1, ..., B-1;...這樣,給定 區間 (0, 1] 中的任意 實數 x,對於任意 第i層,x 總會落在 某個 標記為 aᵢ 的 區間內,於是 x 就對應一串 數字 a₁, a₂, a₃, ...。對於不同的 x 因為 分層是無限,所以對應的 數字串也必然不同。於是我們就用 一串數字 a₁, a₂, a₃, ... 表示 每個 x。
而,這數字串 a₁, a₂, a₃, ... 中的 每個數字 都大於等於 0 小於 B 的,故 它們 又對應 一個 小數 0. a₁a₂a₃...。
綜上,我們就證明了 每個 x 都可以用 一個 小數 0. a₁a₂a₃... 表示。▌
若小數 d=0.a₁a₂a₃... 的某個小數位 aᵣ (≠0) 之後的所有小數位 都是 0,即,
則稱 d 是有限小數,記為 d=0.a₁a₂a₃...aᵣ,否則稱為無限小數。
令 g=B-1 ,對於 有限小數 d=0.a₁a₂a₃...aᵣ,考慮,
有,
於是,
這說明,命題2:任意一個 有限小數 都可以表示為 一個 以 g 為迴圈節的 無限迴圈小數。
由於,不同的 無限小數 一定不同,於是 將 命題1 和 命題2 相結合,我們可以得到:區間 (0, 1] 內的任意實數 唯一對應 一個 無限小數;
另一方面,對於任意一個無限小數 d=0.a₁a₂a₃...,有,
根據 實數的 完備性(即,實數是連續的、沒有漏洞的)得到:任意 無限小數 必然唯一對應 一個 區間 (0, 1] 內的 實數;
注:實數因連續,又稱為 連續系統,簡稱 連續統。
綜上,我們就得到,命題3:區間 (0, 1] 內的實數 和 B進位制無限小數 一一對應。
最後,說點額外的話題。
對於任意集合 A , 我們將它的元素個數 稱為 勢,記為 |A|。
當 A 是有限集合 時,將 元素一個個數出來就是 A 的勢;當 A 是無限集合時,我們雖然不能數盡元素 ,但可以用另外一個無限集合 B 作為尺度 來度量 A,這時,若可以建立 A 與 B 之間的一一對應關係,則我們就認為 它們 的 勢相等,即,|A|=|B|,這稱為 等勢。等勢的定義對於 有限集 同樣有效。
命題3 說明, (0, 1] 和 全體 B進位制無限小陣列成的集合 等勢。
更進一步,用 ω 表示全體自然數 ℕ ,有 ω = {0, 1, 2, ...},若 把 ω 當做大於全體自然數的一種數,稱為 基數,則 ω 包含小於它的所有自然數。受此啟發,對於任意自然數 n,可以定義 n = {0, 1, 2, ..., n-1},即 包含 小於 n 的所有自然數,這樣 n 也是 基數。
基數之間的大小關係等價於集合與元素的所屬關係,即,基數 u < v 當且僅當 u ∈ v。對於任意基數 w,若 A 和 w 等勢,我們就稱 A 的勢為 w。顯然 |ℕ| = ω。
當 |A| ≤ ω 時,稱 A 可數(可列),否則 A 不可數(不可列)。
有 c=2ᐜ ,是比 ω 更大的 基數,若 用 P(ω) 表示 ω 冪集(即,全體 子集組成的 集族),則 可以證明:|ℝ|=|(0, 1]| = || = |P(ω)|=c。
ω 是最小的 無限基數,可以證明 全體無限基數 是 可列的,於是 將它們從 小到大,依次排開,分別標記為:ℵ₀, ℵ₁, ℵ₂, ℵ₃, ...,顯然 ω=ℵ₀,又知道 c > ω,那麼問題來了:
c=ℵ₁ 嗎?這個就是著名的 連續統假設。它已經被證明 在 ZFC 公理系統下,既不能證真也無法證偽,它是 哥德爾不完全定理的 一個 例項。
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3 # 太陽E10000
線段0到1之間所有點都可以用一十進位制實數表示,如果需要證明,自行搜尋一個十進位制實數,必然有且僅有一個二進位制實數與之對應。這是由十進位制和二進位制的定義可以證明的所以,題主的問題解決。
回覆列表
o到1間有無數點。二進位制是指開和關。關為不通電,表示O。開為通電為丨。至今無任何人能證明0到丨有多少個點。