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数学分析中的单调有界定理是指:若数列{an}递增(递减)有上界(下界),则数列{an}收敛,即单调有界数列必有极限。
下面根据单调有界定理设计出一数学模型:
(1):设一条数轴[0,1],并且设有一个游标,游标的指针最初位于0的位置,令游标的指针从0端向1端游动,第一次,游标指针游动到a1位置,且有a1>0,第二次,游标的指针位于a2的位置,且有a2>a1,第三次,游标的指针位于a3的位置,且有a3>a2……,可以看出,数列{an}无限递增有上界,则数列{an}收敛有极限,其极限为1,也就是说:游标的指针无限的趋近于1,并且最终到达1这个位置。
下面同样根据单调有界定理设计出另一个数学模型:
(2):仍然是设一条数轴[0,1],并且设有两个游标A和B,两个游标的指针同时位于0端,然后,A游标先向1端游动,停在a1的位置,使得a1>0,然后B游标也向1端游动,停在a2的位置,使得a2>a1,然后A游标向前游动,停在a3的位置使得a3>a2……由此A和B两个游标交替向前游动,根据单调有界定理,数列{an}无限递增有极限,其极限为1,也就是说,两个游标的指针无限的趋近于1,并最终至少有一个游标会到达1点。
如果单调有界定理是正确无误的,那么以上(1)和(2)的推论就是完全正确的。
(3)沿用(2)的模型,并且给出一个游戏规则:如果A先到达1点,则判定A输;如果B先到达1点,则判定B输。
当给出这个游戏规则之后,我们会意外的发现,A和B谁都不会先到达1点,所以A和B都不能到达1点。
因为,给出这个游戏规则之后,只要是在数轴上有其他的点可选,A和B谁都不会选择1这个点,假设是A先到达了1点,那么只有一种情况:当B选择停在了am点后,数轴上只剩下了1这个点,再没有其他的点可选,所以A最后只能选择停在1点。
但这种情况是不存在的,因为,假设B停在了am点,由于am不等于1,则在am与1两点之间必存在一实数f,使得f=(am+1)/2,即am<f<1,所以,A只要选择停在f点,便不会最先到达1点。
同样的道理,B也不会最先到达1点,所以A和B谁也不能最先到达1点,即A和B都不能到达1点。
但由(2)推论出A和B至少有一个游标会到达1点,这显然是矛盾的。
由以上矛盾可知,数学分析中的最为基础的定理:单调有界定理其实是错误的,而如果这条定理是错误的,则由数学分析建立起来的数学大厦便会轰然倒蹋。
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