对“整数和偶数比较,谁多?”这个问题的解答

学术   教育培训   2024-10-06 22:54   湖南  

(点击“刘老师的耕耘园”并关注获取更多内容

有一个朋友对我的推送的文章《几个数学趣题的解答》中有关“整数和偶数比较,谁多?”这一问题的解答提出了疑问,认为我给出的解答不正确,理由是:将整数进行分类,可以分为偶数和奇数,如果偶数和整数的个数同样多,那么岂不是没有奇数了吗?
针对这个疑问,我想对这个问题进行深入的分析和解答,这个解答是采用了高等数学的一些比较基础的知识,解答如下:

首先回到问题:
整数和偶数比较,谁多?
这其实是集合论中的问题,相当于问:整数集合和偶数集合中的元素比较,谁多?
毋庸置疑,这两个集合存在着这样的关系,即偶数集合{x|x=2n,n∈Z}包含于整数集合Z。也就是说偶数集是整数集的真子集。但这并不能说明整数集的元素就多于偶数集的元素。
为了说明一结论,我们需要引入集合中对等(实际上也可以有其他概念,我们在这里用“对等”的概念)的概念:

设A、B两个集合,如果存在二者元素之间的一个对应关系φ,使得A中任意元素x,通过φ都恰好与B中的一个元素y对应,而B中任意的y也一定是A中某一x(通过φ)在B中的对应元素,则我们就说A和B是对等的或者说具有相同基数的。

《实变函数论》(第三版),高等教育出版社,2011年11月。

对于概念中的“基数”,可以进一步说明如下:

基数是集合包含元素个数的度量,用于比较集合的“大小”。有限集合的基数为其元素的个数。
引自百度文库:https://wk.baidu.com/view/4f7f212458fb770bf78a5537
据此,比较集合元素的多少,我们只需要比较他们的基数。如果基数相同那么元素就同样多。
根据上面的概念和说明,举例:

      ①集合A={1,2,3,4}与集合B={4,5,6,7}是对等的。

因为集合A中任意元素,都可通过关系f(x)=x+3与B中的元素一一对应,集合B中任意元素,也都可通过关系f(x)=x-3与A中的元素一一对应。所以,它们的基数是相同的。它们的元素同样多。
这是有限集合的例子。
②整数集合A={x|x∈Z}与偶数集合B={x|x=2nn∈Z}是对等的。
因为集合A中的任意元素,都可以通过关系f(x)=2x与B中的元素一一对应,集合B中的元素,也都可以通过关系f(x)=1/2x与A中的元素一一对应。所以,它们的基数是相同的。因此可以说它们的元素同样多。(本段中1/2是一个整体,表示二分之一。)
这是无限集合的例子。
例②也就解释了本文开头的问题了。
同样的,奇数集合{x|x=2n-1,n∈Z}与整数集合Z也是对等的。所以他们的基数也是相同的。因此可以说它们的元素同样多。

其实,有不少的数学家提出或者探究过类似的问题:
伽利略的问题:

全体自然数多,还是完全平方数多?

这个问题的回答可参考百度文库:https://wenku.baidu.com/view/cf67d1747fd5360cba1adbc9.html

希尔伯特旅馆问题:

一家拥有无穷多个房间的旅店,房间的号码用尽了所有自然数。如果现在客满了,又来了一位旅客怎么办?又来了无穷多的一行旅客怎么安置?

解答方法可参考百度百科:https://baike.baidu.com/item/%E5%B8%8C%E5%B0%94%E4%BC%AF%E7%89%B9%E6%97%85%E9%A6%86/10282866?fr=aladdin

因此,通过分析,整数与偶数同样多的结论是正确的。

数学梦想园
一个老师和一群孩子的数学成长梦。
 最新文章