有理數集合是可數集合,無理數集合是不可數集合

2021-09-01 03:16:26 字數 1213 閱讀 3852

以下介紹的是康托想出的有理數與自然數對應方式,表中的 (p, q) 表示 p/q。 (1, 1) (1, 2) (1, 3) (1, 4) … (1, n) … (2, 1) (2, 2) (2, 3) (2, 4) … (2, n) … … … … (m, 1) (m, 2) (m, 3) (m, 4) … (m, n) … 表中 p+q 的值在同乙個由右下至左上同一列是相等的,由左上角 (1, 1) 開始,p+q 的值是 2,之後是 (2, 1) 和 (1, 2),而 p+q 的值是 3,這樣一直排下去,(1, 1),(2, 1),(1, 2),(1, 3),(2, 2),(3, 1),(4, 1),...,就把有理數乙個個地排成一列。這樣,有理數集是有序集合了(可數集合)。所以,有理數集能與自然數集一一對應,可說成兩個集合元素個數相同

要證明無理數集是不可數集,按照下面的步驟就可以證明(可以把前三個看成是引理):

1先證有理數集是可數集:

建立這樣乙個對映: 對於任意乙個有理數m/n(既約),構造對映

y=(2^n)(3^m),y是自然數,那麼對於不同的m/n,一定有不同的自然數y。所以自然數集的基數不少於有理數集的基數。反過來,自然數是有理數的子集,所以自然數集的基數又不大於有理數集的基數,綜上,兩集合基數相等,所以有理數集是可數集。

2再證有限個可數集的並集還是可數集。容易找到一種排列順序,把這可數個可數集的元素按順序排列起來,這就證明了它的可數性。

3接著證實數集是不可數集,關於這個的證明很多教材上都有,也有不止一種方法,我就不贅述了,基本是用反證法,即先用一種排列去表示實數集,再由這種表示法推出一定有乙個實數不能被這種排列所表示,由此推出矛盾。

4最後證明無理數集是不可數集。反證:因為如果無理數集是可數集,那麼實數集等於有理數與無理數的並,也應該是可數集,與實數集是不可數集矛盾,所以無理數集是不可數集

摘自:證明實數是不可數集合:

假設實數是可數集合,則可列出(0,1)間的所有實數:

0.t11t12.....t1n

0.t21t22.....t2n

0.t31t32.....t3n

......

現在可以找出乙個實數h=0.ti1ti2...tin, 令ti1!=t11,ti2!=t22,...tii!=tnn(這個數是可以找到的),那麼可知h是不在上面列出的所有實數中的,所以假設不成立,得出實數不可數。

可數集合:能和自然數一一對應的集合,同理有理數也和自然數一樣是可數的,因此無理數只能是不可數集合了。這也證明了無理數比有理數要多。

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