作者ginstein (邁向學術之路)
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標題[其他] 每個自然數都是有限大嗎?
時間Tue Sep 2 11:54:28 2025
微積分早期時,歐拉在《無窮小分析引論》中,
直覺地使用無窮小和無窮大(包括自然數),
啟發式推導出了許多公式,雖不嚴謹但絕大多數都是正確的。
現代數學的一個重要基礎觀點是──每個自然數都是有限大。
因為皮亞諾公理體系定義了自然數集合,並將有限集定義為對應某個自然數。
另一種方式是將自然數起點定義為有限,有限自然數的後繼亦有限,
透過數學歸納法得出每個自然數都是有限大。
那麼,從起點「不斷加一」的自然數,是永遠有限大的狀態嗎?
還是會超越有限,變成無窮大的狀態呢?
為方便用具體方式陳述,以下設自然數起點為 1,
無窮數列可表示為 x={x_n}={x_1, x_2, ..., x_n, ...}。
用 x >_a y 表示數列 x={x_n} 終究大於數列 y={y_n}
(存在自然數 N,當 n>N 時恆有 x_n>y_n)。
令數列 S={1, 2, 3, ...} 為自然數無窮數列。
稱數列 N^m 為 m 號有限自然數生成數列,
N^1={y^1_n}={1, 1, 1, ...},N^2={y^2_n}={1, 2, 2, ...},
m 號生成數列 N^m={y^m_n}={1, 2, ..., m-1, m, m,....},
當足標 n<m 時分項 y^m_n=n 顯示遞增狀態,
當 n≧m 後分項 y^m_n=m 保持不變。
注意到每個數列 N^m 對應自然數 m。
集合 {N^m | m 為自然數} 對應自然數集合 {m | m 為自然數}。
顯然對任意(有限的)自然數 m 有
S={n} >_a {1, 2, ..., m-1, m, m,....}=N^m,
不斷加一的自然數終究大於任意有限自然數。
「不斷加一的自然數大過所有的有限自然數後」,
我們進一步追問的是,自然數數列 {n}={1, 2, 3, ...} 的盡頭是什麼?
所有的有限自然數後是「空了不存在」嗎?
還是「存在無窮大自然數」呢?
每個自然數都是有限大嗎?對這個重要的數學基礎觀點,你有什麼看法?
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At the end, it never ends.
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1F:推 sunev : 先定義有限大,再討論是否每個自然數都是有限大 09/02 16:40
2F:推 LPH66 : 你覺得以你的 N^m 記號,「無限大」的「自然數」 09/02 19:37
3F:→ LPH66 : 是長成什麼樣子的數列? 09/02 19:37
4F:→ LPH66 : 為何你會認為那個數列代表「無限大」的「自然數」? 09/02 19:38
5F:→ ginstein : S 大,N^m 應該夠用了。L 大,稍待幾回。 09/02 20:53
6F:推 TimcApple : 你當然可以定義一個包含無限大的自然數集合 09/03 00:14
7F:→ TimcApple : 只不過那不是原版自然數 而是G版自然數而已 09/03 00:14
8F:→ TimcApple : 然後不能因為每個自然數之後都有自然數 09/03 00:15
9F:→ TimcApple : 就說同時位於所有自然數之後的數也是自然數 09/03 00:15
10F:→ TimcApple : 這兩個是不一樣的概念 09/03 00:15
11F:推 ERT312 : 你的想法很有趣诶......但都有埋陷阱 09/03 11:45
12F:→ ERT312 : 任何一個自然數都不能讓你"不斷加1"得到,只能加有 09/03 11:46
13F:→ ERT312 : 限次。還有上一篇的"唯一"的概念雖然有個"一",但 09/03 11:47
14F:→ ERT312 : 應該與自然數無關吧,不然把它翻成英語 unique 09/03 11:48
15F:→ ERT312 : 自然數在哪? 09/03 11:48
16F:推 wrvuxci : 這應該沒什麼問題,對,所有自然數都是有限大 09/03 12:17
17F:→ wrvuxci : 就是照標準定義,字面意思上理解,不用講其他的 09/03 12:20
18F:推 arrenwu : 這問題不如說,無限大這概念本就只對數列性質才成立 09/03 18:00
19F:→ arrenwu : 對於正整數來說沒有無限大的概念 09/03 18:01
20F:→ arrenwu : 也就是你要問 只能問像是"數列的極限是否無窮大" 09/03 18:02
21F:→ ginstein : 感謝諸位大大評論,部分回應稍待幾回。E大,那時想 09/03 23:38
22F:→ ginstein : 的是,有這個那個是同一個集才唯一,這樣有兩個,2 09/03 23:38
23F:→ ginstein : 的概念。不清楚是不是必要。 09/03 23:38
24F:→ mantour : “我家人有爸爸、媽媽、我和弟弟”,應該不需要自 09/04 11:59
25F:→ mantour : 然數的概念。“我家有4個人”才需要自然數的概念。 09/04 11:59
26F:→ mantour : “爸爸跟媽媽是不同人”也不需要數字的概念 09/04 12:02
27F:→ ginstein : 認知過程似乎是先認識具體的物,再抽象出數字概念 09/04 13:24
28F:→ ginstein : 。所以自然語言中,具體集合的概念比抽象的數字更 09/04 13:24
29F:→ ginstein : 基礎? 09/04 13:24
30F:推 sunev : 以自然語言為例,的確有些自然語言是沒有明確數字的 09/04 16:14
31F:→ sunev : 概念。 09/04 16:14
32F:推 chang1248w : 無限是個動態的過程吧,要把它符號化需要進一步處 09/04 17:28
33F:→ chang1248w : 理 09/04 17:28
34F:→ wrvuxci : 就是看cardinality,集合論中有定義 09/04 21:09
35F:→ ginstein : s大,印象中是沒有大數字概念, 123有的 09/04 21:43
36F:→ ginstein : c大說的是潛無窮, 康托爾是實無窮 09/04 21:44
37F:→ ginstein : w大說的是實無窮 09/04 21:46
39F:→ sunev : around the world have no numerals above two to 09/04 22:58
40F:→ sunev : four" 09/04 22:58
41F:→ backpacker18: 任何有認真修過大學微積分的人應該都能秒答這題XD 09/04 23:04
42F:→ ginstein : 謝謝 s 大 wiki 資料,學習了 09/05 11:45