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本帖最后由 APB先生 于 2025-9-4 20:53 编辑
定理 实数集可数
证明
因为 \(1\) 个有理数或无理数都可数;
因为 \(n\) 个有理数或无理数都可数;
因为 \(n+1\) 个有理数或无理数都可数;
所以任意多个有理数或无理数都可数;
所以实数集可数。
证毕
实数集可数的证明(二)
因为证明实数集 \(\mathbb{R}\) 可数,只要证明区间 \(\left( 0{,}1\right)\) 的全体实数可数即可;
因为区间 \(\left( 0{,}1\right)\) 的全体小数与全体分数是等势的:\[\left( 0{,}1\right)=\bigcup_{n=1}^{\infty}0.a_1a_2\cdots a_n=\bigcup_{n=1}^{\infty}\frac{a_1a_2\cdots a_n}{10^n}{,}\ \ \ \ \ \ a_n\in\left\{ 1{,}2{,}\cdots{,}9\right\}\]
因为区间 \(\left( 0{,}1\right)\) 的全体分数与自然数集是等势的,\[\left| \left\{ \frac{1}{10^n}{,}\ \frac{2}{10^n}{,}\ \cdots{,}\ \frac{10^n-1}{10^n}\right\}_{n=1}^{\ \infty}\right|=\left| \left\{ 1{,}\ 2{,}\ \cdots{,}\ 10^n-1\right\}_{n=1}^{\ \infty}\right|\]
所以实数集 \(\mathbb{R}\) 可数。
实数集可数的证明(三)
设区间 \(\left( 0{,}1\right)\) 的任一实数为:\(0.a_1a_2\cdots\) ;
因为 \(0.a_1a_2\cdots\) 至少可与二个自然数 \(a_1a_2\cdots.0\wedge\cdots a_2a_1.0\) 建立一一对应:\[f:0.a_1a_2\cdots\longleftrightarrow\begin{cases}
a_1a_2\cdots.0\in\mathbb{N}\\
\cdots a_2a_1.0\in\mathbb{N}
\end{cases}\]
例如\[f:0.499\cdots\longleftrightarrow\begin{cases}
499\cdots.0\in\mathbb{N}\\
\cdots994.0\in\mathbb{N}
\end{cases}\]
所以任一实数 \(0.a_1a_2\cdots\) 都是可数的;
所以 \(\left( 0{,}1\right)\) 是可数的。
所以实数集 \(\mathbb{R}\) 是可数的。
实数集可数的证明(四)
设区间 \(\left( 0{,}1\right)\) 的任意 \(n\) 位小数集为:\(\left\{ 0.a_1a_2\cdots a_n\right\}_{n=1}^{\ \infty}\) ;
因为 \(\left\{ 0.a_1a_2\cdots a_n\right\}_{n=1}^{\ \infty}\) 的基数(元素的个数)只是 \(10^n-1\) : \[\left| \left\{ 0.a_1a_2\cdots a_n\right\}_{n=1}^{\ \infty}\right|=10^n-1\]
例如\[\left| \left\{ 0.a_1a_2\right\}=\left\{ 0.01{,}0.02{,}\cdots{,}0.99\right\}\right|=10^2-1\]
所以区间 \(\left( 0{,}1\right)\) 的任一 \(n\) 位小数集都是可数的;
所以 \(\left( 0{,}1\right)\) 可数,当 \(n\to\infty\) 时: \[\left| \left( 0{,}1\right)\right|=\dot{9}\]
所以实数集 \(\mathbb{R}\) 是可数的。
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