今天的開篇就是標題
你一直幻想的情人就像是有理數,明明知道到處都是,但你往數軸上隨便一戳,戳中的概率是0!
不管你信也好,不信也罷,這的確是個事實……
要說明這個問題,需要一步步來證明:
1. 有理數的可數性;
2. 實數的不可數性;
3. 克服心理障礙去理解概率.
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01
有理數的可數性證明
什麼是“可數”?
如果元素能像整數集那樣排成一個序列,就稱這個集合為可數的.
有理數也可排成一行,每個元素與整數集的每個元素,
是一對一的,因此有理數集也就是可數的.
整 數: 1 2 3 4 5 ...... n ......
有理數:r1 r2 r3 r4 r5 ...... rn ......
證明:一個有理數,可以表示為q/p形式(p與q都為整數).
所有有理數(每一個都是q/p),都能佈置成在第a列第b行.
比如:2/5 在第二列第5行;1/3 在第一列第3行……
然後,在這個佈陣中畫一條連續的折線,
沿這條折線走,
再消去所有p和q有公因子的數,
能得到一個序列,這個序列,
使每一個有理數以最簡單的方式恰好出現一次——
因為每一個正有理數出現一次,而且只出現一次,
說明全體正有理數是可數的.
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02
實數的不可數證明
由於有理數集是可數的,
因此人們可能猜測任何無限集都是可數的,
但是,實數(有理數和無理數)卻是不可數的!
證明簡介:康託用反證法,天才地給出了一個證明。
證明的大概意思:如果假設實數集可數,那所有實數集元素,就可以排列成一個無限的十進位小數表.
可以取一個數,其第一個小數位,不同於前述小數表第一個數的小數位第一位;
其第二個小數位,不同於小數表第二個數的小數位第二位;
……
以此類推,小數第n位,不同於小數表第n個數的小數位第n位;
這樣得到的數,不同於小數表上的任何一個數,因此假設不成立,所以實數集不可數.
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03
在單位區間(0,1)中,隨機選取一個實數,則其為有理數的概率是多大?
構造區間 (0,1) 上的函數:
D(x)=1,x∈有理數;D(x)=0,x∈無理數;
其實這就是狄利克雷(Dirichlet)函數.
即該函數取值為1時的概率.
答案是0.
簡單理解:
在實數範圍內,取任意一個實數,得到有理數的概率,
根據有理數可數性,假設有理數勢為單位1,實數為:+∞,
則:P=1/(+∞)=0.
這裡需要克服心理障礙,
比如在區間(0,1)內,我們明明可以取到有理數0.5、0.3之類的,
為什麼概率為 0 呢?
用一句話來表示就是:
一件事情不可能發生,則其發生的概率為0;
如果一件事發生的概率為0,但是卻可能發生.
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