连续统假设之谜 - 范文中心

连续统假设之谜

09/28

1900年,在第二次世界数学家大会上,希尔伯脱先生提出了著名的二十三个未解决的数学问题,一百多年的时间过去了,有许多的问题业已获得了解决。然而,名列二十三个问题之首位的连续统假设之问题,迄今为止,仍被束之高阁,未能获得解决。原因是,时有哥德尔与科恩俩位先生,先后证明了“如果ZFC是协调的,则ZFC推不出非CH”和“ZFC推不出来CH,若ZFC协调”这两个截然相反的结论;换言之,哥德尔与科恩俩位先生都声称:连续统假设是不可能在ZFC公理系统中获得解决的。

ZFC公理系统真的无法解决连续统假设吗?鄙人不才,却发现,事情并非如俩位先生所说,恰恰相反,在ZFC公理系统中,是完全可以解决所谓的连续统假设之问题。

何以谓之为连续统假设?乃指:继自然数集N的基数阿列夫0之后,阿列夫1是否为实数集R之基数?由于实数集R是连续的,故而,将此一猜测则被谓之为连续统假设。如此,考察对象就在自然数集N与实数集R之间进行;在介于自然数集N与实数集R之间,若没有其它的无穷集合之基数,则连续统假设为真,反之,则连续统假设为假。

于集合论创立之初,康托尔先生已然证明,自然数集N的幂集之基数等价于实数集R的基数。哥德尔与科恩俩位先生,正是基于康托尔先生这样的证明,从不同的角度上予以考察,各执一词。然而,这俩位先生的考察均有欠周之处,仅仅是对部份的情况予以了探索;若是将哥德尔与科恩俩位先生所考察的相互融合在一起,那么,连续统假设的结论正好与俩位先生所说的相反:如果ZFC是协调的,则ZFC完全可以推出CH。     关键词:商集合 极限序数 共尾序数

我们知道,所谓的ZFC系统是带有选择公理的集合论之公理系统,而所谓的选择公理则是以测度理论为依据,归纳可测集合体中所存在的函数。所以,若自然数集N的幂集是一可测集合体,那么,其必定是可以用选择公理归纳出一个函数,以阐述自然数集N的幂集中的情况。

哥德尔先生利用直积集合的方式,以J(x,y)函数对其中的序数予以归纳,发现,所归纳的函数可以同态映射于自然数集N上;但是,哥德尔先生并没有再作进一步的探索,仅仅是以此为依据,就得出了“如果ZFC是协调的,则ZFC推不出非CH”之结论。科恩先生是以自然数集N的幂集中的元素为依据,且根据【可数无穷多个可数集合的并集合,仍然是一可数集合。】①之定理,认为,于自然数集N的幂集中,存在着一种不可数的子集,而这样的子集是选择公理所不能归纳的,故而,得出“ZFC推不出来CH,若ZFC协调”之结论。

显然,哥德尔与科恩俩位先生,各自都只对自然数集N的幂集考察了一半,都只圈定了自己的所推出的模型,且相互排挤着。如果这俩位先生能将彼此对立的观点融合在一起,那么,对自然数集N的幂集之内部的情况,就可以一目了然。

我们知道,自然数集N是可数的,但自然数集N的幂集却是不可数的;所谓的自然数集N的幂集,所指的是【自然数集N的所有子集合所组成的】①那个集合。无疑,开始时,自然数集N的幂集所归纳的元素也是可数的,数着数着,却变成了不可数的;由可数的变为不可数的,可知,于自然数集N的幂集中必存在着转化之过程。只要找出了这突变的原因,也就能知晓其所以然。但是,哥德尔与科恩俩位先生都没有从量变到质变这方面予以考察,就草草地就收了场。显然,欲知这由量变到质变之过程,我们必须重新对自然数集N的幂集予以考察。

我们知道,自然数集N的幂集有元素:

{φ} {1} {2} {1,2} {3} {1,3} {2,3} {1,2,3} …

当N→∞时,幂集具有不可数的性质。如果此集合是可测的,则必须满足Jordan可测集合体的四要素:【Ⅰ 若E1,E2∈T,则E1∪E2∈T;Ⅱ 若E1,E2∈T,则E1∩E2∈T;Ⅲ 若E1,E2∈T,又E1<E2,则E2-E1∈T;Ⅳ 若E1,E2∈T,E1∩E2=φ,则v(E1∪E2)=v(E1)+v(E2)。】②(符号“<”表示包含)。根据Jordan可测集合体的条件Ⅳ,则必须用商集合的概念来划分自然数集N的幂集。所谓的商集合,意指对集合X之划分,有:【⑴ A,B∈T→A=B or A∩B=φ, ⑵ {∪A∈T}A=X。】②若划分满足这样的条件,则集合中的“每一元素属于且仅属于某一不空的子集合”,如此,则谓之是按等价关系而对集合所作的划分;如集合满足这样的等价关系,称之为商集合。显然,只要按商集合的概念来划分自然数集N的幂集,则该集合满足Jordan可测集合体之要求。

根据集合论的正则公理,必须有确定的性质作为划分的依据;在自然数集N的幂集中,我们以元素中的最小自然数作为划分之依据。如此,我们就可以获得一系列的商集化子集:S(1),S(2),S(3),S(4),S(5),S(6),S(7),…,其中,S(n)归纳了幂集中最小自然数为n的一些元素。例如,S(1)有元素:

{1}

{1,2}

{1,3} {1,2,3}

{1,4} {1,2,4} {1,3,4} {1,2,3,4}

{1,5} {1,2,5} {1,3,5} {1,4,5} {1,2,3,5} {1,2,4,5} {1,3,4,5} {1,2,3,4,5}

……

再如,S(2)有元素:

{2}

{2,3}

{2,4} {2,3,4}

{2,5} {2,3,5} {2,4,5} {2,3,4,5}

{2,6} {2,3,6} {2,4,6} {2,5,6} {2,3,4,6} {2,3,5,6} {2,4,5,6} {2,3,4,5,6}

……

等等;以此类推。如此归纳,显然,诸子集S(n)相互间并无交集,合乎商集合的划分之要求。

从以上的划分中可以看出,其与哥德尔先生的可构成性定理中的J(x,y)函数如出一辙,只不过,这里是以商集化子集S(n)中的元素同态映射于自然数集N上,而哥德尔先生是以合乎要求的元素建构于J(x,y)函数中,然后,再同态映射于自然数集N上。总之,均是以自然数集N为同态映射之“标的”。如果仅仅有这样的“标的”,而不再作进一步的研究,无疑,这样的“标的”是没有任何用处的。谁都知道,自然数集N的幂集中的元素是由自然数集N的子集所构成,其元素肯定是可以同态映射于某一自然数n上,这样的“标的”,若是仅以自然数集N为最终目的,也只是作了一次循环论证,毫无意义;但哥德尔先生所做的工作正是作着这样的论证。

科恩先生的论证无疑比哥德尔先生的论证深入了一步,其是从极限序数的角度上予以研究的。由于自然数集N的幂集的基数大于自然数集N的基数,无疑,若以序数而论,自然数集N的幂集的极限序数大于自然数集N的极限序数。凡有极限序数者,皆有共尾序数,自然数集N的幂集也不能例外。由于自然数集N的幂集之基数是不可数的,也就是说,其极限序数是不可数的,显然,该幂集中的共尾序数也是不可数的。如此,在自然数集N的幂集中,就存在着不可数的元素,而这样的元素乃是无法以自然数集N的子集来表达的,因为,“可数无穷多个可数集合的并集合,仍然是一可数集合”。故而,科恩先生认为,“ZFC推不出来CH,若ZFC协调”。但是,科恩先生忘却了“由量变到质变”的突变之过程,必须是在事件体的内部而实行的;应该说,科恩先生所进行的研究,乃是半途而废了。

对于共尾序数,集合论是这样定义的:【0<α,α为一极限序数,我们说α的共尾数cf(α)是指最小的序数β,使得存在着一函数f:β→α,具有sup{f(γ)|γ<β}=α。】①换言之,共尾序数cf(α)是以极限序数α为极限。【对于一基数ω_α,如果有cf(ω_α)=ω_α,则称ω_α是正则的;如果cf(ω_α)<ω_α,则称ω_α为奇异的。】①此定义说明,如果集合中的共尾序数cf(ω_α)小于极限序数ω_α,那么,该极限序数ω_α是奇异的。由此推理,则有:【对于每一序数α,都存在一序数β>α,使得ω_β是奇异的。】①之定理。

在自然数集N的幂集中运用序数之概念,对于每一商集化子集S(n),根据康托尔先生的对角线法,均具有可数集之基数,它们的极限序数皆为无穷集合中最小的序数ω;显然,这样的序数若共尾于自然数集N的幂集的极限序数ω_α,均是小于极限序数ω_α的。可知,在自然数集N的幂集中存在着可数的序数ω之奇异的序数。那么,如何求取这样的奇异的序数呢?很简单,只要将哥德尔与科恩俩位先生的观点结合起来,立竿见影。

因为,在自然数集N的幂集中,每一商集化子集S(n)都具有可数集的基数,所具有的极限序数皆为ω;然而,在自然数集N的幂集中,存在着一些并非是商集化子集S(n)的元素,这样的元素对于商集化子集S(n)而言,无疑,是奇异的。根据共尾序数的定理,这些以自然数集N的幂集的极限序数ω_α为极限的共尾序数,皆大于可数集的序数ω;换言之,以这些大于可数集的极限序数ω的共尾序数为序数的无穷集合的基数,皆大于可数集的基数,均是不可数的。

由此可知,自然数集N的幂集中的突变存在于诸商集化子集之间;于商集化子集S(n)内是可数的,而于其它商集化子集S(n±i)中的元素,相对于S(n)而言,是不可数的。由此,对自然数集N的幂集予以商集合的划分,可以从定性的角度上,得知从可数的突变为不可数的过程;但这样的定性并未量化。

我们知道,某集合若有元素s个,则它的幂集就有元素2^s个;自然数集N的幂集也不例外,乃以2^N作为其中的元素之个数的标识。显然,若某集合有元素s-1个,则它的幂集之元素有2^(s-1)个。从2^s-2^(s-1)=2^(s-1)中可知,在原集合中由s-1个元素增加至s个元素,于幂集中就增添了2^(s-1)个元素;这就是说,原集合中任何一个元素在幂集中的组合元素都占有的比例为2^(s-1)/2^s=1/2。但这样的组合有交集,必须用商集合的概念予以分割。

前面,我们曾以最小自然数为依据,对自然数集N的幂集中的元素予以划分。显然,商集化子集S(1)占有1/2之比例;商集化子集S(2)由于少了一个自然数1,因此,它所占有的比例为2^(s-2)/2^s=1/4;商集化子集S(3)由于少了二个自然数1与2,则它所占有的比例为2^(s-3)/2^s=1/8;以此类推,可知,商集化子集S(n)所占有的比例为1/(2^n)。我们知道,商集化子集彼此间并无交集,如此,我们就可以按照概率论中的叠加原理,将诸商集化子集的概率相加:

1/2+1/4+1/8+1/2^4+1/2^5+…+1/(2^n)+…→1

从这概率上也可知,自然数集N的幂集等价于实数集R。

商集化子集S(1)的元素占有了自然数集N的幂集之元素的1/2,那么,其余的商集化子集的概率之和也只有1/2之比例了。如此,我们可以作另一类的划分:以商集化子集S(1)的元素为一方,以非商集化子集S(1)的元素为另一方。由于商集化子集S(1)中的元素可数,且相对于商集化子集S(1)而言,其它商集化子集中的元素皆是奇异的;因此,在自然数集N的幂集中,一半的元素是可数的,另一半的无素是不可数的。若应用于实数集R中,则是,有理数占有了实数的一半,另一半则是无理数。

若对自然数集N的幂集中的元素以序数而述之,则是,商集化子集S(1)的极限序数为ω,其后则以ω+n而序那些相对于商集化子集S(1)是奇异的元素;实数集R的极限序数ω_α则是它们的极限。若用集合的基数表之,则是,商集化子集S(1)的基数是阿列夫0,其后则是以阿列夫1、阿列夫2、…等而表述那些相对于商集化子集S(1)是奇异的元素,而实数集R的基数是这些基数中最大的。显然,若是单纯地去数那些相对于商集化子集S(1)是奇异的元素,由于是可以与可数的商集化子集S(1)作一一对应,因此,也是可数的。由此可知,在自然数集N的幂集中,若以可用自然数来数的那些可数的元素为第一层,则于第一层为不可数的元素,乃是以ω+n来数的第二层的可数之元素;通常所说的阿列夫n,也就是在数着这些不可数的元素。

实数集R的基数是自然数集N的幂集的极限序数,那么,继实数集R的基数之后有无更大的基数?答案是否定的。在自然数集N的幂集的基础上,再予以幂集,构成其中的基本元素仍是自然数;例如,{{1} {2}} {{2} {2,3}} …等等。显然,我们仍可用元素中的最小自然数为划分之依据,得到诸如S(1) S(2) S(3) …之类的商集化子集S(n)。若用概率而述诸商集化子集所占有的比例,依旧是:

1/2+1/4+1/8+1/2^4+1/2^5+…+1/(2^n)+…→1

与实数集R同构。

综上所述,可知,继可数集的基数阿列夫0之后,阿列夫1并非是实数集R的基数,所谓的连续统假设并不成立。


相关内容

  • B-S期权定价模型
    Black-Scholes期权定价模型 (重定向自Black-Scholes公式) Black-Scholes期权定价模型(Black-Scholes Option Pricing Model),布莱克-肖尔斯期权定价模型 Black-Sc ...
  • 我国上市银行股利分配政策研究
    [摘要]通过对我国14家上市银行2008年至2010年连续三年的股利分配分析,发现我国上市银行的股利分配以现金股利的分配形式为主,且多为年度股利分配,稳定性和连续性较好,股利支付率变化呈现同类趋同性质.上市银行在进行现金股利分配决策时,主要 ...
  • 高等数学趣味问题建模
    一.问题重述 椅子能在不平的地面上放稳吗?把椅子往不平的地面上一放,通常只有三只脚着地,放不稳,然而只要稍挪动几次,就可以四脚着地,放稳了.下面用数学语言证明. 二.模型假设 1.椅子四条腿一样长,椅脚与地面接触可视为一个点,四脚的连线呈正 ...
  • 运营管理期末考试
    1.生产与运作管理的任务及目标 任务(内容):对生产运作系统设计.运行和维护改进过程的管理 目标:高效.灵活.准时.清洁地生产合格产品和(或)提供满意服务 2.组织生产过程的基本要求①生产过程的连续性②生产过程的平行性③生产过程的比例性④生 ...
  • 第十一章 量子物理基础
    第 42 次课 日期 周次 星期 学时:2 内容提要: 第十一章量子物理基础 §11.1 实物粒子的波粒二象性 一.德布罗意假设 二.德布罗意假设的实验验证 三.德布罗意假设的意义 四.电子显微镜 目的与要求: 1. 理解德布罗意的物质波假 ...
  • 原子结构原子核
    Chapter2:20110721 原子结构: 卢瑟福实验.原子的核式结构.玻尔模型.用玻尔模型解释氢光谱.玻尔模型的局限性.原子的受击辐射.激光. 原子核: 原子核的量级.天然放射现象.放射线的探测 1.卢瑟福实验,又称α粒子散射实验. ...
  • 弹性波动力学
    学习意义:理解不同边界条件下的地震波波动方程的含义,理解各种弹性力学参数的物理意义并将参数和地下介质的岩性问题联系起来,最终为地震剖面的岩性解释服务. 刚体:变形忽略不计的物体 弹性波:扰动在弹性介质中的传播 波前面:波在介质中传播的某个时 ...
  • 康托尔 集合论
    康托尔 康托尔, G.F.L.Ph.(Cantor,Georg FerdinandLudwig Philipp)1845年3月3日生于俄罗斯圣彼得堡:1918年1月6日卒于德国萨克森的哈雷.数学.集合论. 康托尔的祖父母曾居住在丹麦的哥本哈 ...
  • [学校教育研究方法]读后感
    <学校教育研究方法>读后感 叶 澜 第七章 如何进行个案研究 一.个案研究的含义 个案研究是针对单一个体在某种情境下的特殊事件,广泛系统地收集相关资料,从而进行系统的分析.解释.推理的过程. 二.个案研究的特征 研究对象的单一性 ...
  • 个人信用报告解读 [非常详细 | 银行天地 - 东方论坛
    个人信用报告解读 [非常详细  0点 一.信用报告中的"查询时间"和"报告时间"有什么区别? 信用报告中显示的"查询时间"是指系统收到查询者提出查询请求的时间:"报告时间 ...