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[watermark] Cantor无最大基数定理的证明是错误的
山东枣庄二中 赵 禄(电邮zhaolu48@163.com)
先看Cantor无最大基数定理:"对任何非空集A,|P(A)|>|A|(即A的幂集P(A)的基数大于A本身的基数)"的原始证明.
证 ①作映射g:A→P(A),x→{x},令B={{x}:x∈A} P(A),,则g:A→B为一一映射,所以A~B P(A),从而|A|≤|P(A)|.
②证{A}≠{P(A)},即对任何映射f:A→P(A)都不可能是一一映射.用反证法,设存在一一映射f :A→P(A),x→f (x)= A(x)∈P(A),同时A(x)是A的一个子集.
令A*={x∈A:x不属于A(x)} (1)
从A~P(A),对于A*∈P(A),存在x1∈A,使得
f (x 1)=A* (2)
若x1∈A*,则由(1)(2),得到x1不属于A(x1)=f (x1)=A*;同理,若x1不属于A*,则x1∈A(x1)=f (x1)= A*,都导矛盾.证毕.【注一】
证明的第(2)部分应该是存在着低级的逻辑错误:
因为已经假设f :A→P(A),x→f (x)= A(x)是一一映射,而且
令A*={x∈A:x不属于A(x)} (1)
那么对不同的x也应有不同的A(x)与其对应,从而也确定了不同的A*.
由(1)知A*≠A(x),而f (x)= A(x),f (x1)=A*,因此x≠x1.且A*∩A(x) =Φ,A*∪A(x) =A
因为(1)为:A*={x∈A:x不属于A(x)}≠{x∈A:x不属于A(x1)}
因此若x1∈A*,则由(1),得到只能是x1不属于A(x),而不是x1不属于A(x1)= f (x1)=A*;
若x1不属于A*,则x1∈A(x)≠A*,而不是x1∈A(x1)=f (x1)= A*.
因此在这里不应存在证明(2)中所述的"都导致矛盾".
例如设A={a1,a2,a3,a4,…}为一可列集,它的幂集为P(A)。
f是A到P(a)的一个映射,在f下设a1→f(a1)={a1,a2}=A(a1)∈P(A),(这时相当于x=a1,A(x)=A(a1)={a(1),a(2)}),则
A*={x∈A|x不属于{a1,a2}=A-{a1,a2}={a3,a4,…}
在f下如果令a3→A*=f(a3))=A(a3)={a3,a4,…},则a(3)∈A*
(这时相当于x1=a(3),A(x1)=A(a3)=f(x1)=f(a3)=A*)
如果要使与A*对应的x1不属于A*,则可令a2→A*。
总之,这里不存在原始"证明"中的
"若x1∈A*,则由(1)(2),得到x1不属于A(x1)=f (x1)=A*;同理,若x1不属于A*,则x1∈A(x1)=f (x1)= A*"所导致矛盾。
设有限集A={a1,a2,a3,a4},则
P(A)={{ }, {a1}, {a2}, {a1,a2}, {a3}, {a1,a3}, {a2,a3}, {a1,a2,a3},
{a4},{a1,a4},{a2,a4},{a1,a2,a4},{a3,a4},{a1,a3,a4},{a2,a3,a4},{a1,a2,a3,a4}}
A与P(A)本来就不存在一一映射,但用原"反证法",假设f是一一映射,也不能导致矛盾,即反证法失效。也就是说用这种"反证法",根本不会从这种假设导致矛盾。
在A中任取一个元素x,比如令a4→{a1,a2},则A*={a3,a4},再从{a1,a2,a3}中任取一个元素x1与A*对应,如果使x1∈A*,则x1=a3,如果使x1不属于A*,则x1=a1,或x1=a2。
这里根本就不存在"若x1∈A*,则由(1)(2),得到x1不属于A(x1)=f (x1)=A*;同理,若x1不属于A*,则x1∈A(x1)=f (x1)= A*,都导矛盾"的问题。
不知我们这些实数论界的权威们,为什么会容忍这样一个明显的逻辑错误的"证明"到今天。
【注一】《实分析与泛涵分析》(匡继昌编著,高等教育出版社,2002年8月第一版)264页,定理1.3.把原著中使用的集合符号"| |"改编为"{ }",把(1)、(2)改编为①、②,把(1.3)、(1.4)改编为(1)、(2).
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