由删不净定理证明:自然数集N和实数集R是有穷集
存在一种从一个非空的实数集盒D中删除元素,但却不可能把该集盒中的所有元素都删除掉的定理:实数集D删不净定理。实数集D删不净定理是这样的:设D是一个非空的实数集,我们按照下面的规律从D中删除它的元素:
如果实数集D中存在的元素不少于2个元素,并且在D的元素中存在数b1以及比b1更大的数,在这样的条件下,我们第1次从D中删除≤b1的所有元素;之后,如果D中剩余的元素不少于2个元素,并且在D剩余的元素中存在数b2以及比b2更大的数,在这样的条件下,我们第2次从D中删除≤b2的所有元素;之后,如果D中剩余的元素不少于2个元素,并且在D剩余的元素中存在数b3以及比b3更大的数,在这样的条件下,我们第3次从D中删除≤b3的所有元素,依此类推,…。按照这种删除集D中元素的规律,我们不可能把集D中的所有元素都删除掉(即删不干净,不能把集D删成空集)
下面我们来证明实数集D删不净定理:
在实数集D中存在的元素不少于2个元素的条件下,我们从D中删除1个元素b,则D中必然还有剩余元素。我们将这一结论称为有剩余定理。
在D中只有1个元素的条件下,我们从D中删除1个元素b,则D中必然没有剩余元素。由这一结论和有剩余定理,我们必然能得到这个结论:对于实数集D,只有在D中只有1个元素的条件下,我们从D中删除1个元素a,D中才会没有剩余元素,否则D中不可能没有剩余元素。我们将这一结论称为无剩余定理。
因为,按照实数集D删不净定理程序从D中一次接一次地删除元素的每一步骤,都遵守有剩余定理,并且没有一次遵守无剩余定理,所以,按实数集D删不净定理程序从D中一次接一次地删除元素,我们不可能把该集中的所有元素都删除掉(即删不干净,不能把集D删成空集)。
实数集D删不净定理证毕。
提出实数集D删不净定理的目的,是为了证明自然数集和实数集是有穷集。
设自然数集为A,我们应用实数集D删不净定理对自然数集A(在此情况下,D=A)的元素进行删除,并规定删除A中的元素的顺序为:按照自然数集A的元素从小到大的顺序,一个接一个地删除A中的元素。这样的话,我们便得到下面的一个关于自然数集A的删不净定理:
在A中存在的元素不少于2个元素的条件下,我们第1次从A中删除第1个元素1;之后,在A中剩余的元素不少于2个元素的条件下,我们第2次从A 中删除第2个元素2,之后;在A中剩余的元素不少于2个元素的条件下,我们第3次从A中删除第3个元素3,依此类推,…。按照这种删除集A中元素的规律,我们不可能把集A中的所有元素都删除掉(即删不干净,不能把集A删成空集)。
现在我们证明:按照自然数集A删不净定理,我们从自然数集A中能删除掉的所有元素组成的集U,就是自然数集A中的所有存在后继数的数组成的集W,即U=W。
下面证明这个结论:
对于W中的任何一个数x,因为x与其后继数x+1为A中的2个元素,不少于两个元素,所以x是按照自然数集A删不净定理,在从1开始的有限步骤内完成删除的第x个元素。这就证明了:若x∈W,则x∈U,即x∈W→x∈U。因此,W是U的一个子集。又因为U中不可能包含自然数集A中的无后继数的元素(按照自然数集A删不净定理,不允许删除这类元素),因此,U是W的子集。
这样的话,按照两个集盒相等的定义(即:若W∈U,U∈W,则U=W)可证明:
U=W
下面,我们由自然数集A删不净定理和实数集D删不净定理证明:自然数集是有穷集
有四种证法,第一种和第二种证法是严格的、无懈可击的,第三种和第四更易读懂,但说服力不如前两种证法。如果觉得理解上有困难,可参考第三种和第四种证法。
【1】 由实数集D删不净定理证明:自然数集是有穷集
令全称肯定命题a为:“按照实数集D删不净定理程序从A中删除元素,集U中的所有元素都能够被删除掉。