什么是无穷大?
无穷大 …… | |
…… 它不是大 …… | |
…… 它不是很大 …… | |
…… 它不是极大 …… | |
…… 它不是硕大无比 …… | |
…… 它是 …… |
无穷大没有尽头
无穷大是个"无尽"的概念。
在真实世界里没有东西是无尽的。我们可以想象一路前进,但永远不能到达终点。但这其实不是无穷大。
所以不要这样想象无穷大。想:"无穷" 或 "无尽".
没有尽头、边缘、终点――那就是无穷大。
无穷大不会增长
无穷大不是 "越来越大",它已经是完全的。
有些人(包括我在内)说无穷大"无限延续",就好像它在增长一样,但其实无穷大不在做什么,它就是。
无穷大不是一个数
无穷大不是一个数,它是个概念――无穷无尽。
我们不能测量无穷大。
在宇宙边缘的星系的距离也不是无穷大的。
无穷大很简单
真的!无穷大其实比有尽的东西要简单,因为有尽就代表我们要处理终点或边缘。
例子:在几何学里一条"直线"的长度是无穷大的……直线向两个方向无限伸延。 有一个尽头(端点)的直线叫半直线(或射线),有两个尽头的直线叫线段。这两种线条都需要额外信息来定义端点的位置。 |
更多例子: |
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{1, 2, 3, ……} |
自然数序列没有终点,所以它是无穷的。 |
1/3 是有穷数(不是无穷大的)。但用小数来表示,3 的数位无穷重复(叫"0.3循环"): 0.3333333…… 3 数位没有尽头,它们无限循环。 |
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0.999…… | 所以,像 "0.999……" 这样的数(小数点后有无限多的 9),9 的数位是无穷的。 你不能说:"如果最后一个小数位是 8 呢?",因为它是无尽的。(这里是为什么 0.999……等于 1)。 |
AAAA…… |
无穷的 "A",后面有个 "B" 永远不会有个 "B"出现。 |
直线上有无穷多的点。短短的线段上也有无穷多的点。 |
大数
有些数非常大。
古戈尔是 1 后面加一百个零(10100,就是一万亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿):
10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000
古戈尔已经比已知宇宙里基本粒子的数量要大,但还有更大的数,叫古戈尔普勒克斯。它是 1 后面加一古戈尔个零。我不能写下这个数,因为宇宙里没有足够的物质来写那么多的零:
10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, ……(古戈尔个零)
还有更大的数,它们需要用"幂塔"来写下来。
例如,一古戈尔普勒克斯可以用幂塔写为:
这就是十的(十的一百次方)次方,
但我们还可以想象更大的数,像(叫古戈尔普勒克斯安)。
当然,再大的数也是可以的!
有穷
这些数都是 "有穷"的,我们始终会"到达它们的尽头"。
但是,这些数离开无穷大还有很远(无穷的远!),因为它们都是有穷的,而无穷大是……无穷的!
使用无穷大
有时我们可以把无穷大当作普通的数使用,但无穷大和普通的数不是一样的。
当你遇到无穷大符号"∞"时,想:"无穷无尽":
例如:∞ + 1 = ∞
无穷大加一还是无穷大。
如果是无穷无尽的,加什么上去也还是无穷无尽的。
最重要的是:
-∞ < x < ∞ 其中 x 是个实数 |
用数学语言来说:
"负无穷大小于任何实数,
(正)无穷大大于任何实数"
以下是更多属性:
无穷大的特别属性 |
---|
∞ + ∞ = ∞ |
-∞ + -∞ = -∞ |
∞ × ∞ = ∞ |
-∞ × -∞ = ∞ |
-∞ × ∞ = -∞ |
x + ∞ = ∞ |
x + (-∞) = -∞ |
x - ∞ = -∞ |
x - (-∞) = ∞ |
如果 x>0 : |
x × ∞ = ∞ |
x × (-∞) = -∞ |
如果 x<0 : |
x × ∞ = -∞ |
x × (-∞) = ∞ |
未定义运算
以下的运算都是"未定义的":
"未定义"运算 |
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0 × ∞ |
0 × -∞ |
∞ + -∞ |
∞ - ∞ |
∞ / ∞ |
∞0 |
1∞ |
例子:∞ / ∞ 是不是等于 1?
不是,因为我们不知道无穷大有多大,所以我们不能说两个无穷大是一样的。例如,∞ + ∞ = ∞,所以
∞∞ = ∞ + ∞∞ | 意思 是: |
11 = 21 |
荒谬!
同样,我也可以做到 1=3 等等…… 所以我们说 ∞ / ∞ 是未定义的。
无穷集
如果你继续学习这个课题,你会学到无穷集和不同大小的无穷大的概念。
这个课题有独特的词汇,例如阿列夫零(有几个自然数)、阿列夫一等等。数学家用这些数来量度集的大小。
这是个比上面讲的简单无穷大要高级的概念。
结论
无穷大是个简单的概念:"无穷无尽"。我们所知的东西大部分都是有尽的,但无穷大则是无尽的。