有趣的数学谬论,有几个导致了数学危机

在人们眼里,数学是一门严格、和谐 、精 确 的学科 ,但 是纵 观数学史 ,它的发展却不完全是直线前进式的。由于数学悖论的出现,数学体系曾显露出不严谨的一面,数学的理论也遭到过各种怀疑。

那么悖论到底是怎样的一个角色 呢? 简单地说 ,悖论是指自相矛盾的命题,这个命题中隐含着两个对立的结论,而这两个结论都能自圆其说。我们知道,严格性是数学的主要特点之一 ,因此数学中出现悖论 ,会使人们对数学的可靠性产 生怀 疑 ,导致 对数 学认识 的危机感 。按 照西方 的说法 ,迄 今为止 ,由悖论导致的“数学危机”,在数学发展 史上 出现过三次。

历史上出现过的数学悖论很多,以下是几个有趣的数学悖论:


1.毕达哥拉斯悖论

公元前 6 世纪,在古希腊学术界 占统治地位的是毕达哥拉斯学派,他们倡导 的是一种 被称 为“唯数论 ”的哲 学观点 ,认 为万 物 皆数 ,而数 只有两种 ,就是正整数 和可通约 的数 (即分数 )。然 而 ,毕 达哥拉斯学派 的学生希帕 索斯发现这个论 断存在 问题 。希 帕索斯提 出 了这样 一个 问题 :边长 为 l 的 正方形 ,其对角线 长度是 多少? 他发现 这一长度 既不能用 整数表示 ,也 不能用 分数表示 ,这在当时的数学界掀起了一场 巨大的风波 ,直接动摇 了人们对毕达哥拉斯学派的信仰。实际上,这一发现不但是对毕达哥拉斯学派的致命打击,对当时所有古希腊人的观念更是个极大的冲击。面对这一“荒谬”的问题 ,人们竟 然 毫无 办法 ,当时 的数 学 界思 想极 度混 乱 ,史 称 “第一 次数学 危机”.

第 一次数学危 机的影 响巨 大的 , 已推动 了数学及 其相关学 科的发 展。首先,人们开始认识到。除了整数和分数外 ,还有其他的数存在。在许多数学家的研究及努力下 ,无理数诞生了,并且被给予了严格的定 义。同时,数学家们提出 一个包含有理数和无理数的新数类——实数,建立了完整的实数

理论 ,为数 学分析 的发展奠定 了基础 。


2.贝克莱悖论

在17世纪,牛顿和莱布尼兹各自都独立创立了微积分,但是两人对微积分中“无穷小量”的定义不明确,导致了后来的第二次数学危机。

到了1734年,英国大主教贝克莱驳斥微积分理论(本质是反科学),指出了著名的贝克莱悖论,该悖论把当时微积分中最大缺陷暴露了出来:

有趣的数学谬论,有几个导致了数学危机

关于第二次数学危机的解决,直到19世纪后,由众多数学家,比如波尔查、柯西、阿贝尔和康托尔等等,建立了更严密的数学定义后,才得到彻底解决。


3.罗素悖论

大名鼎鼎的罗素悖论(也称理发师悖论),直接导致了第三次数学危机的出现。

19世纪末,第二次数学危机在集合论的完善下得到解决,数学家们“欢欣起舞”。在1900年国际数学家大会上,法国大数学家庞加莱甚至宣称:现在的数学,已经达到了绝对严密的程度!

没想到三年之后,英国数学家、逻辑学家和哲学家——罗素,提出著名的理发师悖论,震惊了整个数学界:

有趣的数学谬论,有几个导致了数学危机

罗素悖论的通俗解释:城市中的所有人,都在一位技艺高超的理发师那刮脸,这位理发师说到:“我只为本城市中,不给自己刮脸的人刮脸”!于是,其他人对理发师说:那么你给自己刮脸吗?

分析:倘若他不给自己刮脸,那么他属于“不给自己刮脸的人”,按照他的说法他就要给自己刮脸;倘若他给自己刮脸,他又属于“给自己刮脸的人”,按照他的说法就不该给自己刮脸。

罗素悖论的出现,说明集合论本身是不完备的;直到1908年,数学家建立起了公理化系统,才让集合论从根本上避免了罗素悖论。


4. 说谎者悖论:

公元前6世纪,古希腊克里特岛的哲学家伊壁门尼德斯有如此断言:“所有克里特岛的人所说的每一句话都是谎话。”
如果这句话是真的,那么也就是说,克里特人伊壁门尼德斯说了一句真话,但是却与他的真话——所有克里特人所说的每一句话都是谎话——相悖;如果这句话不是真的,也就是说克里特人伊壁门尼德斯说了一句谎话,则真话应是:所有克里特人所说的每一句话都是真话,两者又相悖。


  所以怎样也难以自圆其说,这就是著名的说谎者悖论。 :
  公元前4世纪,希腊哲学家又提出了一个悖论:“我现在正在说的这句话是假的。”同上,这又是难以自圆其说!
说谎者悖论至今仍困扰着数学家和逻辑学家。说谎者悖论有许多形式。如:我预言:“你下面要讲的话是‘不’,对不对?用‘是’或‘不是’来回答。”又如,“我的下一句话是错(对)的,我的上一句话是对(错)的”。


5.伽利略悖论

伽利略悖论:我们都知道整体大于部分。由线段BC上的点往顶点A连线,每一条线都会与线段DE(D点在AB上,E点在AC上)相交,因此DE和BC上的点一样多,也就是DE与BC一样长,与图矛盾。

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6.预料不到悖论:

一位老师宣布说,在下一星期的五天内(星期一到星期五)的某一天将进行一场考试,但他又告诉班上的同学:“你们无法知道是哪一天,只有到了考试那天的早上八点钟才通知你们下午一点钟考。你能说出为什么这场考试无法进行吗?


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