今天的开篇就是标题
你一直幻想的情人就像是有理数,明明知道到处都是,但你往数轴上随便一戳,戳中的概率是0!
不管你信也好,不信也罢,这的确是个事实……
要说明这个问题,需要一步步来证明:
1. 有理数的可数性;
2. 实数的不可数性;
3. 克服心理障碍去理解概率.
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01
有理数的可数性证明
什么是“可数”?
如果元素能像整数集那样排成一个序列,就称这个集合为可数的.
有理数也可排成一行,每个元素与整数集的每个元素,
是一对一的,因此有理数集也就是可数的.
整 数: 1 2 3 4 5 ...... n ......
有理数:r1 r2 r3 r4 r5 ...... rn ......
证明:一个有理数,可以表示为q/p形式(p与q都为整数).
所有有理数(每一个都是q/p),都能布置成在第a列第b行.
比如:2/5 在第二列第5行;1/3 在第一列第3行……
然后,在这个布阵中画一条连续的折线,
沿这条折线走,
再消去所有p和q有公因子的数,
能得到一个序列,这个序列,
使每一个有理数以最简单的方式恰好出现一次——
因为每一个正有理数出现一次,而且只出现一次,
说明全体正有理数是可数的.
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02
实数的不可数证明
由于有理数集是可数的,
因此人们可能猜测任何无限集都是可数的,
但是,实数(有理数和无理数)却是不可数的!
证明简介:康托用反证法,天才地给出了一个证明。
证明的大概意思:如果假设实数集可数,那所有实数集元素,就可以排列成一个无限的十进位小数表.
可以取一个数,其第一个小数位,不同于前述小数表第一个数的小数位第一位;
其第二个小数位,不同于小数表第二个数的小数位第二位;
……
以此类推,小数第n位,不同于小数表第n个数的小数位第n位;
这样得到的数,不同于小数表上的任何一个数,因此假设不成立,所以实数集不可数.
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03
在单位区间(0,1)中,随机选取一个实数,则其为有理数的概率是多大?
构造区间 (0,1) 上的函数:
D(x)=1,x∈有理数;D(x)=0,x∈无理数;
其实这就是狄利克雷(Dirichlet)函数.
即该函数取值为1时的概率.
答案是0.
简单理解:
在实数范围内,取任意一个实数,得到有理数的概率,
根据有理数可数性,假设有理数势为单位1,实数为:+∞,
则:P=1/(+∞)=0.
这里需要克服心理障碍,
比如在区间(0,1)内,我们明明可以取到有理数0.5、0.3之类的,
为什么概率为 0 呢?
用一句话来表示就是:
一件事情不可能发生,则其发生的概率为0;
如果一件事发生的概率为0,但是却可能发生.
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