Множество реальных чисел между 0 и 1 «меньше чем», «соразмерно», или «больше чем»...

0 голосов
57 просмотров

Множество реальных чисел между 0 и 1 «меньше чем», «соразмерно», или «больше чем» множество рациональных чисел? +доказать


Математика (15 баллов) | 57 просмотров
Дан 1 ответ
0 голосов
Правильный ответ

Бутем пользоваться терминологией мощности множества.

Множество A называется счетным, если можно построить взаимооднозначное соответствие его элементов с элементами множества натуральных чисел и несчетным, если его построить нельзя.

Утверждение 1. Объединение двух счетных множеств счетно.
Доказательство:
Пусть есть множества
a_1 a_2 ... a_n ...\\b_1 b_2 ... b_n ...
Запишем их объединение как
a_1 b_1 a_2 b_2 ... a_n b_n ...
И пронумеруем их:
Номер a_i равен 2i-1
Номер b_i равен 2i
Если в этих множествах есть повторяющиеся - уберем повторения и уменьшим номера последующих
Построили взаимооднозначное соответствие и доказали утверждение.

Утверждение 2. Объединение конечного и счетного множества счетно.
Доказательство еще более очевидно, чем в первом - поставим сначала все элементы конечного множества (которых нет в счетном), а затем все из счетного и пронумеруем.

Утверждение 3. Множество рациональных чисел счетно.
Докажем, что множество неотрицательных рациональных чисел счетно. Тогда множество неположительных рациональных чисел также счетно и их объединение будет счетным.
Доказательство:
Выпишем таблицу в которой в строке i будут находиться числа со знаменателем i, а в столбце j будут находиться числа с числителем j-1
0/1\ 1/1\ 2/1\ ...\\
0/2\ 1/2\ 2/2\ ...\\
...\ ...\ ...\ ...\ ...\ ...
Пронумеруем "по диагоналям"
Сначала левый верхний элемент, затем элемент, стоящий справа от него, затем по диагонали влево вниз все элементы, затем элемент стоящий в первой строке на 3 месте и вниз по диагонали и так далее.
Получили последовательность
0/1 1/1 0/2 2/1 1/2 0/3 3/1 ...
Пронумеровали все элементы, но есть повторяющиеся - выкинем их. Осталось
0 1 2 1/2 3 1/3 4 3/2 2/3 1/4 ...
Опять таки пронумеровали, только уже все множество неотрицательных рациональных чисел без повторений, чем доказали его счетность

Утверждение 4. Можно построить взаимозначное соответствие элементов множеств действительных чисел сегмента [0;1] и бесконечных последовательностей из 0 и 1.
Доказательство заключается в том, что действительное число можно представить как в виде бесконечной десятичной дроби, так и бесконечной двоичной.

Теорема. Множество бесконечных последовательностей 0 и 1 несчетно.
Доказательство:
Допустим обратное. Тогда можно записать в виде последовательности
a_1 a_2 ... a_n ...
каждый элемент этой последовательности - последовательность 0 и 1, то есть можно записать в виде
a_1=a_{11} a_{12}...a_{1n}...\\
a_2=a_{21} a_{22}...a{2n}...\\
...\ ...\ ...\\
a_n=a_{n1} a_{n2}...a_{nn}...\\
...\ ...\ ...
Тогда число, составленное из элементов, стоящих на главной диагонали  и число обратное к нему (обратное в смысле, что если на некоторой позиции у элемента стоит k, то у обратного 1-k) тоже здесь есть, но у обратного:
a_t=(1-a_{11}),\ (1-a_{22}), ...
На позиции t стоит стоит обратный. Противоречие.

Отсюда множество рациональных чисел счетно, а действительных от 0 до 1 - несчетно.
В терминах условия "множество реальных чисел от 0 до 1 больше, чем множество рациональных чисел"

(18.9k баллов)