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【菲赫金哥尔茨微积分学教程精读笔记Ep13】数字革命:从“一一对应”谈起

2019-04-24 21:47 作者:躺坑老碧的学习瞎记  | 我要投稿

叮叮叮,学酥老碧又来跟大家叨叨这本有趣丰富内容详实的数学名著了。

还记得老碧在Ep1的后记跟大家八卦过,许多高中大一的小朋友,常常因为一些“大神”前辈的观点而对这本书存在一些误解——

他们会听说这本书,简单,基础,好读,于是,他们中间许多人可能高中,大一就把这本书刷了草草刷了一遍,解题能力却依然没有提高。甚至老碧认识一些这本书刷完了,还会去问一些特别基础简单计算题的宝宝,真是哭笑不得。

然而事实上,这本书上涉及的内容,习题的质量都是很好的,国内各大知名《数学分析》教材都或多或少受到这本书的影响,如果能把这本书细细地学好,那么《数学分析》能力应该是会十分扎实的才对。

老碧说过,之所以会存在这种误解,原因不外乎:

  1. 这本书没有大量引入逻辑符号语言,广泛地使用自然语言

  2. 这本书没有涉及太多现代数学的部分,如流形,实变,泛函等等

  3. 例题简单

  4. 说话者是数学专业的尖子生

但是恰恰这四点是老碧认为这本书读起来很容易卡住的原因:

  1. 自然语言容易因为断句或者翻译问题产生歧义,然后失之毫厘谬之千里

  2. 没有涉及现代内容,所以简单?难道不是应该导致:许多用稍微现代点的技巧轻松做出来的题目,用古典的方法感觉很崎岖吗?特别是,用符号一句话说明白的事,硬是硬生生写了一段

  3. 例题并不都很简单,有些读完了这本书还来问我基础题的人,我很奇怪你们是不是读了假书,这本书题目收集真的很全面了,想要消化不算太简单

    (因为老碧只会基础题。)

  4. 数学系尖子生,看啥都简单,和我们人民群众没啥关系。”

如果前面几页书我们读得还很愉快,我们即将说的两页书,宝宝们应该就会开始感受到老碧提到的前两个问题了。

上一期我们试着用书上的一个精致的小命题证明了3.49999……=3.5000……,于是我们知道所有实数都可以统一成无穷小数的形式,我们之后会聊,书上是如何用“戴德金分割”的思想验证“无限小数”表达实数的方法的。

(这个方法见于国内各大《数学分析》教材,我们中学的数学学习也用的是这种方式,不过我们一直未从逻辑上进行阐释)。

在此之前,我们先做几点补充:

我们在“有理数分划”中曾经说过,实数的定义,其实就是实现了从“有理数分划”到实数的“一一对应”;为此,在任何一本教材中,都会人为规定,有理数对应的“有理数分划”,要么规定界数属于上组,要么规定属于下组,以实现,任何有理数对应的“有理数分划”是唯一确定的。

而每一个“有理数分划”都对应一个数,我们从“有理数分划”的定义可以直接看出来。

同理,为了验证“无限十进小数”可以表达实数,我们依然要确定“十进小数”与实数实现“一一对应”。

于是,就不得不先提到,“一一对应”的命题的证明——

在数学中是一种重要的题型,最朴素的思路便是,我们要验证两个集合X和Y之间的元素“一一对应”,一般先验证,X中任何一个元素对应的Y中的元素是唯一的,再反过来,证明Y中任何一个元素对应的X中的元素是唯一的就好了。

就好比说,老碧和雪碧是一个班的,于是老碧班里不止老碧一个人,于是老碧和班级之间不是“一一对应”,老碧不开心,就把其他人都烦到转班,退学了,就剩老碧一个人,老碧和班级之间就又是“一一对应”了;

或者,老碧有两只小鸭子,小鸭子的主人是唯一的,就是老碧,但是老碧有不止一只鸭子,那么老碧和鸭子之间也不是“一一对应”,老碧就把小鸭子送一只给老碧妈妈了,这样老碧和小鸭子之间也是“一一对应”了。

这里你肯定不得不感慨,为了实现“一一对应”,老碧还真是丧心病狂,然而我们说,数学研究者普遍比老碧还丧心病狂吗?

毕竟“一一对应”是那么好用的一个知识,尤其是在《代数学》中,当你接触到“同构”的概念之后,你会发现许多艰难的问题可以用这个方式进行转化。感兴趣的宝宝请收看长篇励志脱口秀节目——最最可爱的丘维声爷爷的《高等代数》,非常好看,老碧绝对不骗你!

到这里,聪明的宝宝就会明白,我们要去验证“无限小数”和实数之间有着“一一对应”的关系,那么,我们就得,先去确定,每一个实数对应唯一的“无限小数”,再去确定,每一个“无限小数”对应唯一的实数,实数的定义自然是从“戴德金分割”里来了。

这也是这本教材的展开思路,欲知详情如何,且待下回分解!


注:一个十进小数,即我们小学中学学过的“逢十进一”的小数,任意一个十进小数,都可以表示成关于10^k的多项式的形式,比方说25.54=2*10^1+5*10^0+5*10^(-1)+4*10^(-2)。同理,所谓k进制小数,都可以类似表示,详细的转化方法,我们之后聊到下一本数学名著时详谈,二进制表示在数学某些学科的证明题中非常好用,值得细细聊聊的。



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