上一期证明了实数是连续的,这是有理数所没有的性质,这一期来证明实数集不可列,也就是不能排成一列,实数集不可列其实与实数系连续性定理是有关联的。可列的无穷集合我们叫做可数集合,不可列的叫做不可数集合。其实对无穷这个概念,人很难直观去感知,如果集合是有限的,我们能够比较它们元素个数的多少,但都是无穷,无穷之间有等级吗?答案是有等级,由于是无限的,无法用具体的数子表示元素个数,所以就定义了“势”或“基数”这个概念。如果两个无穷集合等势,就表明它们元素个数相等,也可以说有相同的基数。涉及到无限,这里就会有一些违背人直觉的结论,例如,整数集元素个数和有理数集元素个数相同,即整数集和有理数集的基数相等,都是可数集,可数集的基数记作a。要证明有理数集可数只要能将全体有理数排成一列就可以了,接下来我们证明实数不可数,这其实意味着实数要比有理数多得多。如果将全体实数比作整个夜空,那么有理数只是夜空中的星星。

前面说了实数集不可列与实数系连续性定理是关联,所以下面用两种方法证明实数集不可列。

现证明[0,1]上的所有实数不可列

方法一:

反证法。假若实数集可列,则将(0.1)上的所有实数排成一列:

实数大小比较典型题(证明实数不可列)(1)

现在找一个(0.1)上不在这一列中的实数,

实数大小比较典型题(证明实数不可列)(2)

显然y与列表中任何实数都不相同,可是(0.1)上的所有实数都排在这个列表中,于是矛盾。

方法二:方法二利用了实数系基本定理之中的闭区间套定理。

反证法。假若实数集可列,则将(0.1)上的所有实数排成一列:

实数大小比较典型题(证明实数不可列)(3)

实数大小比较典型题(证明实数不可列)(4)

有些同学可能会想,实数比有理数多很多,那它们数量之间有没有一个关系。由于有理数集和实数集都是无穷集合,无法用数字来表示数量的多少,但可以将它们的基数做一个比较,在我的短视频中,证明了实数集与可数集的幂集等势,如果a是可数基数,c为实数集基数,则c等于2的a次方。

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