跳到正文
格致开物MATHWIKI

不可数集

不可数集不能排成有限序列或 a1,a2,… 而列尽所有元素。实数区间 (0,1) 就是不可数的:无论给出怎样一列区间内的实数,总能构造出一个遗漏的数。这里的结论比“实数很多”精确;它说不存在把正整数与该区间元素一一配对的办法。

一条永远漏数的名单

假设已有一列 x1,x2,… 声称列出了 (0,1) 中所有实数。把每个数写成十进制展开,对有两种展开的数统一选择不以无限个 9 结尾的表示。构造新数 y=0.d1d2d3…:若 xn 的第 n 位小数为 1,就令 dn=2;否则令 dn=1。

每个 dn 都是 1 或 2,因此 0<y<1,也不存在末尾无限个 9 的表示歧义。y 与 xn 在第 n 位不同,所以 y≠xn 对每个 n 都成立。名单便漏掉了 y,与“已列尽”矛盾。这是对角线论证的一种具体实现。

集合大小的另一层次

有理数虽在每段区间都稠密,仍能按整数对编号;不可数并不是“数轴上挨得更密”的同义词。不可数讨论所有元素能否被编号。幂集还给出一般结论:任意集合 A 的全部子集都不能与 A 本身双射,因此不存在一个“最大的基数”。这两个结论用的是同一类对角构造。

参考资料