【菲赫金哥爾茨微積分學(xué)教程精讀筆記Ep13】數(shù)字革命:從“一一對應(yīng)”談起

叮叮叮,學(xué)酥老碧又來跟大家叨叨這本有趣豐富內(nèi)容詳實的數(shù)學(xué)名著了。
還記得老碧在Ep1的后記跟大家八卦過,許多高中大一的小朋友,常常因為一些“大神”前輩的觀點而對這本書存在一些誤解——
他們會聽說這本書,簡單,基礎(chǔ),好讀,于是,他們中間許多人可能高中,大一就把這本書刷了草草刷了一遍,解題能力卻依然沒有提高。甚至老碧認(rèn)識一些這本書刷完了,還會去問一些特別基礎(chǔ)簡單計算題的寶寶,真是哭笑不得。
然而事實上,這本書上涉及的內(nèi)容,習(xí)題的質(zhì)量都是很好的,國內(nèi)各大知名《數(shù)學(xué)分析》教材都或多或少受到這本書的影響,如果能把這本書細(xì)細(xì)地學(xué)好,那么《數(shù)學(xué)分析》能力應(yīng)該是會十分扎實的才對。
老碧說過,之所以會存在這種誤解,原因不外乎:
“
這本書沒有大量引入邏輯符號語言,廣泛地使用自然語言;
這本書沒有涉及太多現(xiàn)代數(shù)學(xué)的部分,如流形,實變,泛函等等;
例題簡單;
說話者是數(shù)學(xué)專業(yè)的尖子生。
但是恰恰這四點是老碧認(rèn)為這本書讀起來很容易卡住的原因:
自然語言容易因為斷句或者翻譯問題產(chǎn)生歧義,然后失之毫厘謬之千里;
沒有涉及現(xiàn)代內(nèi)容,所以簡單?難道不是應(yīng)該導(dǎo)致:許多用稍微現(xiàn)代點的技巧輕松做出來的題目,用古典的方法感覺很崎嶇嗎?特別是,用符號一句話說明白的事,硬是硬生生寫了一段;
例題并不都很簡單,有些讀完了這本書還來問我基礎(chǔ)題的人,我很奇怪你們是不是讀了假書,這本書題目收集真的很全面了,想要消化不算太簡單;
(因為老碧只會基礎(chǔ)題。)
數(shù)學(xué)系尖子生,看啥都簡單,和我們?nèi)嗣袢罕姏]啥關(guān)系。”
如果前面幾頁書我們讀得還很愉快,我們即將說的兩頁書,寶寶們應(yīng)該就會開始感受到老碧提到的前兩個問題了。
上一期我們試著用書上的一個精致的小命題證明了3.49999……=3.5000……,于是我們知道所有實數(shù)都可以統(tǒng)一成無窮小數(shù)的形式,我們之后會聊,書上是如何用“戴德金分割”的思想驗證“無限小數(shù)”表達(dá)實數(shù)的方法的。
(這個方法見于國內(nèi)各大《數(shù)學(xué)分析》教材,我們中學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)也用的是這種方式,不過我們一直未從邏輯上進(jìn)行闡釋)。
在此之前,我們先做幾點補(bǔ)充:
我們在“有理數(shù)分劃”中曾經(jīng)說過,實數(shù)的定義,其實就是實現(xiàn)了從“有理數(shù)分劃”到實數(shù)的“一一對應(yīng)”;為此,在任何一本教材中,都會人為規(guī)定,有理數(shù)對應(yīng)的“有理數(shù)分劃”,要么規(guī)定界數(shù)屬于上組,要么規(guī)定屬于下組,以實現(xiàn),任何有理數(shù)對應(yīng)的“有理數(shù)分劃”是唯一確定的。
而每一個“有理數(shù)分劃”都對應(yīng)一個數(shù),我們從“有理數(shù)分劃”的定義可以直接看出來。
同理,為了驗證“無限十進(jìn)小數(shù)”可以表達(dá)實數(shù),我們依然要確定“十進(jìn)小數(shù)”與實數(shù)實現(xiàn)“一一對應(yīng)”。
于是,就不得不先提到,“一一對應(yīng)”的命題的證明——
在數(shù)學(xué)中是一種重要的題型,最樸素的思路便是,我們要驗證兩個集合X和Y之間的元素“一一對應(yīng)”,一般先驗證,X中任何一個元素對應(yīng)的Y中的元素是唯一的,再反過來,證明Y中任何一個元素對應(yīng)的X中的元素是唯一的就好了。
就好比說,老碧和雪碧是一個班的,于是老碧班里不止老碧一個人,于是老碧和班級之間不是“一一對應(yīng)”,老碧不開心,就把其他人都煩到轉(zhuǎn)班,退學(xué)了,就剩老碧一個人,老碧和班級之間就又是“一一對應(yīng)”了;
或者,老碧有兩只小鴨子,小鴨子的主人是唯一的,就是老碧,但是老碧有不止一只鴨子,那么老碧和鴨子之間也不是“一一對應(yīng)”,老碧就把小鴨子送一只給老碧媽媽了,這樣老碧和小鴨子之間也是“一一對應(yīng)”了。
這里你肯定不得不感慨,為了實現(xiàn)“一一對應(yīng)”,老碧還真是喪心病狂,然而我們說,數(shù)學(xué)研究者普遍比老碧還喪心病狂嗎?
畢竟“一一對應(yīng)”是那么好用的一個知識,尤其是在《代數(shù)學(xué)》中,當(dāng)你接觸到“同構(gòu)”的概念之后,你會發(fā)現(xiàn)許多艱難的問題可以用這個方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。感興趣的寶寶請收看長篇勵志脫口秀節(jié)目——最最可愛的丘維聲爺爺?shù)摹陡叩却鷶?shù)》,非常好看,老碧絕對不騙你!
到這里,聰明的寶寶就會明白,我們要去驗證“無限小數(shù)”和實數(shù)之間有著“一一對應(yīng)”的關(guān)系,那么,我們就得,先去確定,每一個實數(shù)對應(yīng)唯一的“無限小數(shù)”,再去確定,每一個“無限小數(shù)”對應(yīng)唯一的實數(shù),實數(shù)的定義自然是從“戴德金分割”里來了。
這也是這本教材的展開思路,欲知詳情如何,且待下回分解!
注:一個十進(jìn)小數(shù),即我們小學(xué)中學(xué)學(xué)過的“逢十進(jìn)一”的小數(shù),任意一個十進(jìn)小數(shù),都可以表示成關(guān)于10^k的多項式的形式,比方說25.54=2*10^1+5*10^0+5*10^(-1)+4*10^(-2)。同理,所謂k進(jìn)制小數(shù),都可以類似表示,詳細(xì)的轉(zhuǎn)化方法,我們之后聊到下一本數(shù)學(xué)名著時詳談,二進(jìn)制表示在數(shù)學(xué)某些學(xué)科的證明題中非常好用,值得細(xì)細(xì)聊聊的。