03.03 ∞和∞+1谁大?

古今说史


答:从数学角度来看,“∞”若指自然数的个数,那么“∞+1”和“∞”一样大,都是可数的。


在数学中,用测度来表示集合的元素个数,无穷集合也适用,对于研究无穷集合个数的理论,叫做超穷数理论,是德国大数学家康托尔建立的。



需要注意的是:在数学当中,1、2、3、4、5……∞,这里的无穷大并不被看作“数”,而是数的的一种趋势,所以这里的“∞”不能参与运算;如果强制参与运算,必定破坏一些常规的运算法则。


但是“∞”在代指无穷集合个数的时候,即是超穷数理论中,“∞”看作超穷数时,可以参与逻辑运算,专业名称叫做“阿列夫数(ℵ)”。



1、自然数集合个数对应的阿列夫数,叫做阿列夫零,记作ℵ0;

2、实数集合个数对应的阿列夫数,叫做阿ℵ1 ;

3、实数集合的子集对应的阿列夫数,叫做阿ℵ2;

……

其中自然数集合又叫做可数集合,因为里面的数,我们是可以一个一个地数出来的;

实数集合又叫做不可数集合,因为实数我们无法一个一个列举出来;


有了以上概念,我们就知道,“∞”其实有等级之分的,实数就比自然数多。

如果运用超穷数理论的概念,其实无论“∞”指的哪个层次,都有:

“ℵ+1”=“ℵ”;

即是:

“∞+1”=“∞”;

当然,这里的“∞”我们需要看成超穷数才行。




其数学意义是:对于一个无穷集合,其元素增加或者减少有限个,这个无穷集合测度不变。



比如自然数集合{0、1、2、3……},少一个零变成{1、2、3、4……}后,两个集合的一一对应关系还是成立的:0→1,1→2,2→3……,不会多也不会少。


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艾伯史密斯


这个问题早在19世纪就能解决了,德国数学家康托尔于1879年起提出超穷数理论,在此之前他创立了集合论,他从数学上严格证明了“无穷”也是有差别的,并非所有的无穷集合都有相同的大小,无穷的大小也可以比较的。最令人不可思议的是无穷集合的整体可以和自己的一部分一一对应,打破了“部分小于整体”的传统观念。他利用一一对应的原则来比较无穷的大小:我们可以给两组无穷大数列中的各个数一一配对。如果最后这两组都一个不剩,这两组无穷大就是相等的;如果有一组还有些没有配出去,这一组就比另一组大些。举例来说,所有偶数和所有奇数这两个无穷数列,你当然会直觉地感到它们的数目相等,应用上述原则也完全符合,因为这两组数间可建立如下的一一对应关系:

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 等

| | | | | | | | | |

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 等

那么所有整数(奇偶数都在内)的数目和单单偶数的数目,哪个大呢?当然你会直觉地感到前者大一些,因为所有的整数不但包含了所有的偶数,还要加上所有的奇数啊。但这不过是你的印象而已。咱们还用一一对应原则,你会得出什么结果呢?

1 2 3 4 5 6 7 8 等

| | | | | | | |

2 4 6 8 10 12 14 16等

按照上述比较无穷大数的规则,我们得承认,偶数的数目和所有整数的数目是一样大的。这个结论看起来很荒谬的,因为偶数只是所有整数的一部分。但不要忘了,在无穷大世界里,“部分可能等于全部”。

在本题中∞和∞+1属于两个无穷数列,我们很容易用一一对应的原则证明两个无穷大是相等的。因为∞+1⇔∞,对于每一个∞+1总能在∞中找到,反之亦然。

康托尔把无穷大分成几个级别,到目前为止所有的无穷大数只属于头三级,还没有找出更高级的无穷大。第一级:所有整数和分数的数目。第二级:线、面、体上所有几何点的数目。第三级:所有几何曲线的数目。


物原爱牛毛1


无穷大是什么?

无穷大是用来表示一种趋势,或者说极限的形式,并不是一个具体的数字。

通常在说无穷大的时候,我们并不说它是什么驱使下的无穷大,是不太可靠的。

而且你把它当作一个特定的值或是数,进行简单的加减,那是会得到一下意想不到的结构,比如∞ - ∞ (无穷大-去穷大)或得到什么?

零?那可未必

如果吧前一个无穷大计作A后一个计作B的话。A = n*n (n→∞)得到的,而

B= n(n→∞);两者都满足结果是∞(正无穷),但是A-B的结果是∞,反过来如果前者B后者是A,结果就是-∞(负无穷),如果前后都是A,结果就是0。

无穷是可以比较的

通过上面的例子,你应该可以了解到无穷是可以比较的。但是这样的比较又可能不是你理解意义上的比较。

举个例子:

有两个笼子,A笼子里面有1只鸡,B笼子有9只,那么你说B鸡更多。

但是上述例子里面你却不能这样理解无穷。比如无穷A = n*n (n→∞)和无穷

B= n(n→∞);我们不能说A比B大是因为B里面的数字更少,实际上B和A里面都有无穷多个数。

那么A和B之间到底差了什么?

答案就是增长的趋势,A的增长趋势比B更快!所以A-B还是无穷大。


兔肉菌


这个问题翻译过来就是著名的“希尔伯特旅馆悖论”。

首先,简单解释一下这个问题的答案,∞是没有简单的大小之比。

再返回头说说“希尔伯特旅馆悖论”,说的是有一家旅馆,旅馆的房间有无穷多个,并且这些房间都客满。这天又来了一位客人,老板安排原来住1号房间的客人住在2号房,原来住2号房的客人搬到3号房,以此类推。这样就空出了1号房给新来的客人,从而旅馆内住下了无穷大+1个客人。

过了几天,这个旅馆又来了无穷多个客人,老板又将1号房的客人安排在了2号房,原2号房的客人安排到4号房,依次将n号房的客人安排到2n号,这样空出奇数号的房间也是无穷多个,刚好可安置新来的无穷多个客人。

怎么样,是不是有点蒙?其实这个悖论并不是我们常说的悖论,只是与我们的常识相悖罢了,因为无限集合与有限集合性质完全不同。无穷多的房间内每个房间都住满依旧可以住下新的客人,∞+1仍是∞,注意这里不是比较这两个的大小。

这就是数学之美吧,有些不是人们熟知的常识中能够找到对应的实例来进行理解的,比如0.999…=1。在集合论里,无穷的“大小”唯一比较方式是他们是否可建立“一一对应的关系”。这里还得说下集合的势的概念,集合的势是度量集合规模大小的属性。不同于有限集合用元素个数度量,无限集合只能用势来度量。两个无限的集合如果存在集合A到集合B的双射,则称集合A和集合B等势。引出了这个定义,我们开篇提到的∞没有简单的大小之分这个说法,就可以准确的描述成∞+1和∞是等势的了。


留白说


题主的这个问题其实就是一个关于无穷的非常著名的故事:希尔伯特旅馆悖论(Hilbert's paradox of Grand Hotel),这也是数学上非常著名的一个悖论。

这个悖论假设了一个旅馆。一个旅馆一天来了一个新客人,旅馆老板说:“虽然我们已经客满,但你还是能住进来的。我让 1 号房间的客人搬到 2 号房间,2 号房间搬到 3 号房间⋯⋯n 号房间搬到 n+1 号房间,你就可以住进 1 号房间了。”又一天,来了无限个客人,老板又说:“不用担心,大家仍然都能住进来。我让 1 号房间的客人搬到 2 号房间,2 号搬到 4 号,3 号搬到 6 号⋯⋯n 号搬到 2n 号,然后你们排好队,依次住进奇数号的房间吧。”这就是德国大数学家大卫·希尔伯特(David Hilbert)提出的著名悖论。每个学过集合论的学生,都应该“拜访”过这个奇妙的希尔伯特旅馆。

心照不宣,意大利数学家伽利略(Galileo Galilei)在他的最后一本科学著作《两种新科学》(Two New Science)中也提到一个问题:正整数集合 {1, 2, 3, 4, ⋯⋯} 和平方数集合 {1, 4, 9, 16, ⋯⋯} 哪个大呢?一方面,正整数集合里包含了所有的平方数,前者显然比后者大;可另一方面,每个正整数平方之后都唯一地对应了一个平方数,两个集合大小应该相等才对。伽利略比较早地使用了一一对应的思想,可惜没有沿着这个思路更进一步思考下去。最后他得出的结论就是,无限集是无法比较大小的。这是伽利略得出的结论,其实就是题主的问题,和以上几位的回答是一致的,无法比较大小(即无穷大的数是否仍然有四则运算?)。

当然,要解决这个问题,应该感谢大数学家乔治·康托(George Cantor),他建立了集合论(set theory),并系统地研究了集合(尤其是无穷集合)的大小,只不过这个大小不是简单地叫做“大小”了,而是叫势(cardinality)。如果两个集合间的元素能建立起一一对应的关系,我们就说它们等势,这也是我们比较集合大小的方式。希尔伯特悖论形象地说明了正整数集合和正偶数集合是等势的。一切和自然数集合等势的集合都称为“可数集合”(countable set),否则就叫做“不可数集合”(uncountable set)。所以,依照康托的理论,无穷大数组成的集合和无穷大加一的数组成的集合是等势的,所以N与N+1建立了对应关系,因此是等势的,不再是单纯的比较大小。

重要的是前人们研究这一问题所做的努力和付出,今天我们都知道地球是圆的,但这并不值得骄傲。


小说I你在异界百鬼夜


∞本身就是表示无法计数的意思了,因此就不存在∞+1的情况。



比较∞和∞+1哪个大也就没有意义。 人的认知会有个极限度,超过一定量级的数字,即便本身仍有很大的差距,都会模糊掉。

比如在一个高级聚会上,很多人都谈论自己的爱车,只有我一个人是坐出租车去的。在我听来,那些奥迪、宝马、玛莎拉蒂、奔驰、法拉利,蓝博基尼……尽管有些车同品牌的也有几十万的亲民版和几百万的限量版,有些车甚至售价高达几千万。但在我眼里都是我买不起的豪车。 →_→

∞无穷大,无论用来描述什么物体,你都无法看到其尽头,也就无法知道它尽头之外还有什么。因此,头条里经常会有同学问宇宙之外还有什么,宇宙对于现在的人类来说,就是无穷大,宇宙之外有什么,谁都不可能给出确切的答案。

∞无穷大,无论用在数学什么公式里,都不会对相应的加减乘除……各种运算产生有效计算。 ∞和∞+1没有哪个更大,哪怕说一样大都是没有意义的。


姝子


从前有这么一个宾馆,里面有∞个房间,都住满了,那也就是有∞个客人,老板刘强西特别开心。

但突然有一个雷雨交加的夜晚,宾馆又来了一个客人,可客房已经住满了,宾馆外面的雨水这么大,这可怎么办呢?

这时,宾馆的数学系实习生“小天”跑出来说:刘老板,你看这样弄,行不行呀——我们让第一个房间的客人住第二个房间,第二个房间的客人住第三个房间,以此类推。所有客人都换完房间以后,让后来的客人住第一个房间。

如此安排后,老板刘强西开心得不得了,又多赚了一间房费。

高兴的摸着实习生“小天”的头说:“小天是我见过最单纯最善良的实习生”.....

But,怎么就突然间多出一间房?

难道∞+1=∞?

那∞+1=∞,这个是正确的吗?

对于这个式子,其正确与否听超模君来说一说。

其实,这里的∞并不是用来+的,就像是0不是用来除的一样。没有意义!

如果你非要定义∞+1,那么∞+1=∞。

同时我们也不能通过这个等式推导出:1=0。

而对于这个问题,为什么大多数人会出现这么大的思维漏洞呢?

主要是大多数人存在着严重认知障碍,并不了解超出常识的极大和极小背后的影响,

就像一个P民们都能理解的例子:

福利彩票的中奖金额从500万增加到5000万,P民购买量不会显著增加;

中奖概率从500万分之一降到5000万分之一,P民购买量也不会显著减少。

因为在P民们看来,500万和5000万都是∞,反之都是ε

PS:在数列极限中,ε是一个正数,非常小的正数,一个假设的数。

这就是智商税的数学基础。

所以说,福利二字,是对彩票发行者而言的。

如此朴素的数量级差别都搞不清楚,就更别说∞和ε了。

首先你得修完数学分析,理解极限的概念。

古人云:一尺之棰,日取其半,万世不竭。

在这里,万世就是∞,不竭就是ε 。

古人又云:哀吾生之须臾,羡长江之无穷。

在这里,长江之无穷,就是∞;而你生之须臾,就是 +1 。

你+1或者不+1,对于真正的∞并没有影响。

就像现在的pm2.5指数一样 700和800根本没差别,吸起来都很香醇

所谓的∞+1,只是一种态度:∞

各位模友,你觉得呢......


超级数学建模


无穷大一般不直接比较大小,而是比较“阶”的高低。如果比较集合的元素个数,则需要用到“势”的概念。

首先说“阶”。

如果f(x)和g(x)都是无穷大,且f(x)/g(x)=0, 则称f(x)是低阶无穷大,g(x)是高阶无穷大;如果f(x)/g(x)=常数,且常数不是零也不是无穷,那么称g(x)和f(x)是等阶无穷大;若f(x)/g(x)=1, 则称二者是等价无穷大。

例如:n趋向于无穷时n^3和n^2相比,n^3是高阶无穷大,n^2是低阶无穷大;2n和3n是等阶无穷大;n和n+1是等价无穷大。

如果认为等价无穷大就是相等,那么无穷和无穷+1相等。

再说“势”

如果两个集合都是无限集合,怎么比较元素的多少呢?如果A和B能够建立一个一一映射,也就是一一对应关系,则称二者等势;如果能从A建立到B一个单射(A中的所有元素都对应到B中的元素,且A中元素不同时,对应到B中的元素也不同),则称B的势不低于A的势。如果B的势不低于A的势,但是A和B不等势(不能建立一一对应关系),则称B的势高于A的势,或者说B中元素多于A中元素。

等势的例子有:全体正数X和全体实数Y集合是等势的。因为可以建立一个X和Y之间的一一对应关系:log(x)=y, 其中x是X中的元素, y是Y中的元素。正偶数集合E={2,4,6,...}和自然数集合N={1,2,3,...}等势,这是因为由公式f(n)=2n所决定的函数f:N→E是一个由N到E的双射。

不等势的例子有:实数集合R的势严格大于自然数集合N的势,因为内含映射i : N →R 是单射的,且可证明不存在一由N到R的一一映射。

从这个观点上看,如果题主中的无穷表示正数集合,无穷加1表示非负整数集合。那么可以建立一一映射如下:

x属于正数,y属于非负数。

若x是整数,则y=x-1;

若x不是整数,则y=x。

如此建立了一个一一映射,因此二者等势。

从两种观点看,无穷和无穷+1都是相等的。


李永乐老师


我从实际运用角度来考虑这个问题。

人体内含有∞细胞,身体覆盖∞多灰尘,但是我们在茫茫人海中只能扮演唯一个体,沐浴后会在思维界定上认为自己香喷喷,这不是主观上的错误,而是∞这个概念,我们未曾应用到实际。

阿姨去超市购物,第一天购物袋清单如下:

卫生纸×3,热狗×2,水果×7,洗发露×1。

第五天购物清单如下:

卫生纸×4(3+1),热狗×3(2+1),水果×9(7+1+1),洗发露×0。


上面两组购物清单,表明人的需求是在微量的基础上,不会扩大到宇宙量级别,当然阿姨如果买的是瓜子,会被统计为一袋瓜子,面粉则也是一袋面粉,不会因为本体的细微程度扩展到海量上。不断发展的人类将麻烦的事情简易化,苦恼的事情幸福化,才有了如此简明的算法与高度进步的文明。

现在再来考虑∞+1与∞谁大?

我用最好的话语来作为这篇文章的眼睛。你拥有了世界第一∞的财富,却想追求更富有,无疑最终坠入沼泽;你拥有了万里阳光,却想追求整个太阳,无疑最终烈火焚身;当然你拥有了∞多的知识,却还在追求更多,你就是人类文明的挖掘者与接班人。无论∞+1是否比∞多出几何,只要是好的无污染的精神食粮,我们就要去追求。同时面对∞这个词的诱惑,我们要取其精华弃其糟粕,唯有这样,中华民族的大旗将会一代代传承,始终屹立在文明珠穆朗玛之巅!


爱举手的大学生

举手发言


爱举手的大学生


这实际上已不是一个数学问题了,而是一个哲学问题。

无穷大的概念是数学给出来的,从概念出发,无穷既包括所有,那还怎么+1呢?因此∞+1是没有意义的。

我们学数学里的无穷大通常是个变量,∞+1的表述是成立的,从这个角度说∞+1>∞是永久成立的。

从极限角度考虑,两者比值=1,因此,可以认为两者是相等的。

好了,现在出现3种情况:大于,相等,无意义。这是要闹哪样?

其实,都是数学概念惹的祸,数学世界完美的世界,纵然整个世界是无穷无尽的,但里面的一粒沙尘也不能被忽略。这是数学是最原始的定义。

这个完美世界有没有可能用人类语音完全描述出来?我认为不能。如果能,人已接近神。

无穷小的概念引发了第二次数学危机,无穷大的概念引发了第三次数学危机。第三次数学危机解决了吗?我认为还没有,只是被巧妙回避了。

最后回到原来问题上,我的答案是三种答案都对!答案原本是一团混沌,不同的人得出不同结论,只要世界观不崩塌,则都对!只能说到这里了。


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