可数集
集合若是有限的,或能把元素排成 的序列而不遗漏,就称为至多可数;无限且能这样排列的集合称可数无限。等价地,可数无限集能与正整数集建立双射。下标不要求大小有序,要求的是每个元素在某个有限位置出现。
整数的排列
整数看似在正、负两个方向都没有尽头,仍可排列为 绝对值为 的两个整数在第 附近出现,因此每个整数最终会被列出。这说明“向两边无限延伸”不等于不可数。
有理数也能列成一列
每个有理数可写作 ,其中 、 且 。按 逐层扫描整数对;每一层只有有限对,所以能依次处理。遇到 与 之类重复表示,只保留约分后的第一次出现。任意 对应有限的层数,故不会遗漏。由此得到 可数。
稠密与可数并不冲突
任意两个不同实数之间都有有理数,但这不使有理数“多到不可列”。稠密讨论的是位置分布;可数讨论的是能否编号。反过来,实数区间 无法完整列成序列,见不可数集与对角线论证。区分这两个问题,才能理解“每段都有分数”与“还有列不完的实数”为什么可以同时成立。