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Prose版 - 歪写数学史(20)真理还是谬误---悖论
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话题: 悖论话题: 刘翔话题: 乌龟话题: kj话题: 无穷
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c*******g
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1
1.引子
在一个百无聊赖的傍晚,你不远千米的来到水房和3号女生楼之间的必经之路,坐在路旁
一把破旧的木椅上,先摆了一个遥望远方假装沉思的姿势,然后借着夕阳的余辉在心里给
来来往往的师姐师妹们打分。突然你发现一个苗条飘逸的身影在向你靠近,随之而来的
还有一道略带几分熟悉的注视。当你心里小鹿乱撞,感到受宠若惊的时候,这个身影已
经来到了你的面前,你定了定神脱口而出道“二师兄,师父让你化的缘都化完了吗?”
这不是悖论,这是你的眼镜又该换了。
那么,什么是悖论? Good Question,让我再给你一个场景。
作为为数不多的平民代表,你站在你们系富二代同学家豪宅里正在进行的party现场,
当然这个邀请只是富二代同学为即将到来的期末考试做的准备之一,party的主题是我
有钱所以想怎么花就怎么花。在喧闹的音乐声中,你惊喜的发现一直暗恋的她一个人静
静的坐在角落,然后你猛喝两口杯子里不知名的洋酒,借着酒精的力量走到她面前,试
图用一句“hi,同学你好。”打穿那道看不见的墙。或许是朦胧的灯光增添了你五官的
精致;或许是独坐的寂寞提升了她交流的渴望;再或许是酒精的作用赐给了你们彼此力
量,这个never work的开场白迅速开启了一段略带暧昧的对白。正当你沉醉于艳遇的快
感,已经忘了自己的配角身份时,你的富二代同学从天而降,一手搭着你的肩,一边对
她说“他跟你说的关于我的一切都是假的。”虽然你们没有说起一句关于他的话,但是
很显然她的目光已经被他自信而略带挑逗的脸庞所吸引。
怎么回应才能从新夺回她的注意力呢?你此时心里最想的应该是一拳将你的富二代同学
打到在地,然后一只脚踏在他身上说“你最好别碰我的妞。”但是你不能这么做,因为
你所受过的教育告诉你打人是不对的,你也有可能因为出手而失去“优秀学生干部”的
称号,更重要的是你的富二代同学虽然头脑简单,但是四肢发达,身为校篮球队主力小
前锋的他比你高出20公分,重了40斤,在身后的音乐声中摇摆着的还有他几个铁杆队友
,出手的结果很可能是你自己躺着出去。
当然你也可以列举最近被他甩了的一系列女友作为回击,这不仅正中他的圈套,而且古
语有云“飞蛾扑火,”在没有被烧死之前,谁都想成为第一个驯服这团火的人,所以这
很有可能是帮倒忙;就算她能悬崖勒马,你也最多得到一句“你真是一个好人”的奖励
,然后就是形同陌路,仿佛从没有见过。为了一个追不到的妞,毁了你和富二代的关系
,有点得不偿失。
好了,让我公布最佳答案,你回应“他说的这句话是真的。”
再让我们来分析一下得奖理由---这两句话的逻辑关系。富二代说,“今天你说的关于
他的一切都是假的”,你说“他说的这句话是真的。”假设富二代说的是真话,那你的
这句话也是假的,从而得出他说的是假话的结论;而假设富二代说的是假话,因为今天
你只说了这一句关于他的话,所以这句话是真的,也就是说他说的这句是真话。不管你
假设他的话逻辑上是真还是假总能通过逻辑推理得出矛盾的结论,这就是一个悖论。
在你得意洋洋的等待着她投来欣赏的目光时,最有可能的结局是她和富二代移步到楼上
的卧室进一步交流,而你呆呆地站在原地望着他们离去的背影,并不停地在心里默念“
不懂悖论的女孩不是好女孩”然后冲着他们的背影喊道“我真心祝你们幸福,”随着这
句谎言,这个悖论也和她一起消失在楼梯的拐角处。(why?还请读者自行推理)
2.芝诺悖论
悖论的故事可以追溯到公元前的古希腊时代,埃利亚学派的数学家芝诺就曾经有一系列
的关于运动的悖论,被称为芝诺悖论(谢谢网友的提醒,此芝诺非画廊学派的芝诺,此
前被我搞混了)。芝诺悖论虽然并不是一个悖论,但是它们都以描述运动的方式来揭示
有限长度与无穷可分之间的矛盾。比如说有一个长度为一的线段,你可以把它等分成两
个长度为二分之一的线段,然后再把每一段等分成长度为四分之一的线段,然后再等分,
再等分,不论现有的每一段线段的长度是多么的小,你都可以一直继续下去,直到无穷,
而且我们知道每一段线段长度的极限是0。套用微积分的语言是,任给ε>0,存在一个
对应的正整数N,使得当分割的次数大于N的时候,每一段线段的长度都小于ε。好像也
没什么矛盾,先让我们把这个问题放下,来看看芝诺悖论之一的阿基里斯和乌龟的悖论。
考虑到阿基里斯的知名度,我这里给出的是变异版---刘翔和乌龟的悖论,您要是喜欢
博尔特,把乌龟换成博尔特也行。
假设乌龟不是普通乌龟而是忍着神龟,刘翔也不是正常的刘翔,而是受了伤的刘翔,他
们两个站在跑道上比赛 ,因为刘翔带伤,所以乌龟让刘翔100米。说乌龟不会跨栏的同
学请注意,第一这是忍着神龟,第二这次没栏。假设乌龟的速度是刘翔的十倍,那么当
乌龟跑到刘翔出发点的时候,刘翔已经跑出去10米,等乌龟跑完这10米到达刘翔第二个
出发点的时候,刘翔又跑出去一米,当乌龟跑完这一米时,刘翔又已经跑出十分之一米
,乌龟要想追上刘翔,必须要先经过他的某个出发点,可是当乌龟到达这个出发点的时
候,刘翔又已经离开了这个点,所以不管乌龟多么的快,永远不可能追上带伤的刘翔。
生活的经验告诉我们,只要跑道够长,速度快的选手总可以追上速度慢的选手,而且所
需时间我们也可以简单的用起始的距离除以速度差求得,但是想要指出上面悖论里的问
题并不是一件容易的事。为此数学家们用了超过一千年的时间才彻底的完全的解决了它
。在给出解释之前,我想回到等分线段的问题,让我们看看有什么矛盾可能出现。
首先,我要问大家一个问题:0+0等于几?答案不是0的同学请自行面壁两分钟。再追问
:一百个零相加呢?答案不是0的同学请自行面壁一百分钟。一千个呢?一百万个呢?
答案不是零的同学请自行面壁相应时间。最后一个问题,无穷多个零相加呢?这次答错
的同学只能有缘来生再聚了:P。这次是开玩笑的,实际上答错的同学有一点很可取,
就是想到了无限和有限的区别。不过再多的零相加还是零。
第二,我们等分线段无穷多次,每一段的长度是多少呢?非常接近于0,要多近有多近
,但是不是0呢? 让我们把所有线段的长度加在一起,答案是多少?1,因为最初的线段
长为1。如果每段线段长度是0,那么就有问题了,因为无穷多个0相加还是0,所以每段
线段长度不是零,有一个专用的数学名词称呼它,无穷小。无穷小和零要多近就有多近
,但是它们不一样,有些时候,它们的区别太过细微,以至于我们不用去区别,但这不
意味着它们是相同的。问题还没有结束,无穷个无穷小相加是多少呢?(因为是线段长
度,我们只考虑正无穷小)回答为1的同学显然记住了这个例子,但是如果满分是1分,
我只能给你1除以无穷大也就是无穷小分,因为答案有无穷多个。假设开始的时候我们
等分长度为2的线段,无穷次等分之后是不是每一段的长度都是无穷小?再把它们相加
得到的是原始长度2。如果最初线段长度是e呢?所以无穷个正无穷小相加可以是任何正
实数。说的我好累,也不能让你们闲着,来两道作业题吧,请大家踊跃发言。
(1) 无穷个无穷小相加可以是0吗?
(2) 无穷个无穷小相加可以是正无穷吗?
【本段非数学专业可以忽略】说到这,我想到一个定理,与这个例子并不相同,但我感
觉有着异曲同工之妙,就是任给一个实数r,任何一个条件收敛级数都有一个重排(
Rearrangement)收敛到r。一个典型的例子就是交错调和级数(Alternating harmonic
series)。
现在再回到刘翔-乌龟悖论。假设乌龟的速度是10米/秒,刘翔的速度是1米/秒,开始的
距离是100米,那么乌龟要用100/(10-1)=100/9秒的时间追上刘翔,在我们的悖论中,
乌龟需要100/10=10秒到达刘翔的第一个起点,10/10=1秒到达刘翔第二个起点,1/10=0
.1秒到达第三个起点,0.01秒到达第四个起点,10^(-n)秒到达第n+2个起点……,把
这些时间相加
10+1+1/10+0.1/10+0.01/10+……=11.1111……=100/9
这是一个非常简单的几何级数(Geometric series),小学奥校词汇是等比数列的和。
因为比值是1/10,我们甚至都不用公式就可以得到无限循环的小数解,分数是一模一样
的答案100/9秒。既然两种方法得出的答案一样,那问题出在哪儿?如果你意识到左边
的级数是一个无穷级数的话,芝诺把一个有限的数100/9分成了无穷多个数的和,也就
是把一个时间段100/9秒分成了无穷多个时间小段,第一段长10秒,第二段长1秒,第三
段0.1秒……,这个无限的过程仿佛让时间也扩展的无限,但是回到数学问题,就是一
个收敛的几何级数而已。
3.辛普森(Simpson’s paradox)悖论
1951年,这个悖论第一次正式出现于论文当中,并得名于第一个将它正式描述的人---
英国统计学家E.H辛普森。这是一个简单而有趣的悖论,我本人对统计知之甚少,但是
这个悖论却深深的留在了我的记忆里。
假设有两个篮球运动员,为了不得罪任何球迷,一个叫做科比•詹姆斯,简记
为KJ,另一个是勒布朗•布莱恩特,简记为LB。假设在本赛季,他们都出手了1000
次,KJ命中538球,而LB命中497球,那么你认为谁投的更准些呢?我知道这一道看起来
非常弱智的问题,KJ命中率是53.8%,而LB是49.7%,这不显而易见吗?但是此事另有蹊
跷,还听我慢慢道来。
我们知道在篮球比赛中除罚球外有两种投篮得分,二分球和三分球,如果我告诉你,LB
虽然总命中率低于KJ,但是二分和三分都比KJ投的准你相信吗?不信?那就让数据说话
,请见下表。
二分球 三分球 总数 二分命中率 三分命中率 总命中率
KJ 499/892 39/108 538/1000 55.94% 36.1% 53.8%
LB 162/273 335/727 497/1000 59.34% 46.1% 49.7%
可以看到LB不管是二分球还是三分球的命中率都高于KJ,但是总命中率却低于KJ,究其
原因是LB更多选择投篮难度大的三分球,而KJ更多打到篮下,得分更容易些。如果不考
虑投中加罚和杀入内线造成的杀伤,LB通过投篮得了1329分而KJ只得到1115分,仅就投
篮而言谁好谁坏不言而喻。
辛普森悖论在现实生活中发生的几率并不高,但是一旦发生犹如足球中的反判与真相完
全是背道而驰。个人认为辛普森悖论的人文意义大于数学意义,一方面比较两个人的时
候不能只关注完成某些事情的数量和成功率,还要考虑完成的质量和难度,甚至是失败的
次数。人一生当中最难的动作就是超越自我,能够勇于去挑战的人也许会一次次失败但
依然值得尊敬。另一方面,每个人都要理解现存于社会的游戏规则在很多时候会用简单
地量的比较作为评判标准,这个规则不一定是最科学的,但却是最有效的。如果你选择去
走一条超高难度的路,你就要做好不被认可的准备,好比两个人大学毕业都从事数学研
究,一个人的目标就是不用计算机证明四色原理,另一个就是尽一切可能的发文章,数
十年过后,第一个人可能貌似一事无成,第二个人可能已经著作等身,头顶光坏。我不
觉得这两种做法存在好坏之分,只是人生态度的不同,但是还有一句话叫做“态度决定
一切”,你可以选择你的态度,你也要为你的态度带来的一切买单。
4.理发师悖论
理发师悖论被广泛的应用于开发少年儿童的智力上,也是我所知道的最早的一个悖论。
故事是这样的,从前有个村,村里有座庙,庙里有个老和尚给别人刮胡子,刮的谁的胡
子呢,村里所有不给自己刮胡子的人胡子,而且只给这些人刮。问题是这样的,老和尚
要不要给自己刮胡子?如果他给自己刮,那么他就是给自己刮胡子的人,他就不该给自
己刮;如果他不给自己刮,那他就是不给自己刮胡子的人,他就应该给自己刮。这个悖
论的产生和引子里的故事如出一辙,都是通过逻辑推理自相矛盾。
理发师悖论只是罗素用于比喻罗素悖论的一个通俗的说法,我们可以自己创造出很多这
样的例子。本章我不打算解释罗素悖论,因为罗素会作为某章的主人公稍后出现,而在
他之前,我们还需要另外一位数学家---康托尔去开创集合论。集合的概念基本上被用
于数学各个分支,而罗素悖论就动摇了这个基石,从而引发了数学史上的第三次危机。
对政治来说自相矛盾也许是人之常情,但是对于从公理出发,以严谨推导而著称的数学
来说,基石的毁灭将会引起整个数学大厦的倾覆。
最后让我用一个一句话的悖论来作为本章的结束语---“我在说谎!”
q****f
发帖数: 60
2
也让我用一句话, “我已晕倒”。:)
c*******g
发帖数: 509
3
需要人工呼吸吗:P

【在 q****f 的大作中提到】
: 也让我用一句话, “我已晕倒”。:)
s********d
发帖数: 248
4
当年在bbs上看过一个用悖论泡妞的故事,大意如此:
wsn:我就问你三个问题,不耽误你很多时间
妞:好
wsn:第一个问题,希望你用是或者不是来回答我后两个问题,好吗?
妞:好
wsn:如果我第三个问题是要问你是否愿意和我共进晚餐的话,那你对第二个问题和第三
个问题的回答,会不会是一样的呢?

【在 c*******g 的大作中提到】
: 1.引子
: 在一个百无聊赖的傍晚,你不远千米的来到水房和3号女生楼之间的必经之路,坐在路旁
: 一把破旧的木椅上,先摆了一个遥望远方假装沉思的姿势,然后借着夕阳的余辉在心里给
: 来来往往的师姐师妹们打分。突然你发现一个苗条飘逸的身影在向你靠近,随之而来的
: 还有一道略带几分熟悉的注视。当你心里小鹿乱撞,感到受宠若惊的时候,这个身影已
: 经来到了你的面前,你定了定神脱口而出道“二师兄,师父让你化的缘都化完了吗?”
: 这不是悖论,这是你的眼镜又该换了。
: 那么,什么是悖论? Good Question,让我再给你一个场景。
: 作为为数不多的平民代表,你站在你们系富二代同学家豪宅里正在进行的party现场,
: 当然这个邀请只是富二代同学为即将到来的期末考试做的准备之一,party的主题是我

k***w
发帖数: 482
5
我的数学是真的太差了!
j****r
发帖数: 30
6
写的不错。
画廊的芝诺与阿基里斯悖论的芝诺是不同的两个人。
a****l
发帖数: 234
7
内容挺好的,就是废话有点多
l***o
发帖数: 36
8
写的真赞!刘翔躺枪
引子里的那句“我真心祝你们幸福”要是真话整个悖论才能烟消云散吧

【在 c*******g 的大作中提到】
: 1.引子
: 在一个百无聊赖的傍晚,你不远千米的来到水房和3号女生楼之间的必经之路,坐在路旁
: 一把破旧的木椅上,先摆了一个遥望远方假装沉思的姿势,然后借着夕阳的余辉在心里给
: 来来往往的师姐师妹们打分。突然你发现一个苗条飘逸的身影在向你靠近,随之而来的
: 还有一道略带几分熟悉的注视。当你心里小鹿乱撞,感到受宠若惊的时候,这个身影已
: 经来到了你的面前,你定了定神脱口而出道“二师兄,师父让你化的缘都化完了吗?”
: 这不是悖论,这是你的眼镜又该换了。
: 那么,什么是悖论? Good Question,让我再给你一个场景。
: 作为为数不多的平民代表,你站在你们系富二代同学家豪宅里正在进行的party现场,
: 当然这个邀请只是富二代同学为即将到来的期末考试做的准备之一,party的主题是我

f*********e
发帖数: 8453
9
我很晕。
自相矛盾算不算悖论?
c*******g
发帖数: 509
10
出尔反尔不算:)

【在 f*********e 的大作中提到】
: 我很晕。
: 自相矛盾算不算悖论?

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初恋有点郁闷 Re: 《狼》第 五 章
"一叶知秋"中的人物一段香
冬----记念最深的一段情用词疗伤的女子
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b*****l
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11
蓝贝跟帖说:歪哥写的太精彩了!好牛啊!
蓝贝心里说:歪哥把偶整晕啦!气死偶啦!
这个叫不叫悖论? :)))
好久不见,问好歪哥,写的真的好看 :))
a*w
发帖数: 4495
12
在这個BBS上,歪哥特指pwwp。

【在 b*****l 的大作中提到】
: 蓝贝跟帖说:歪哥写的太精彩了!好牛啊!
: 蓝贝心里说:歪哥把偶整晕啦!气死偶啦!
: 这个叫不叫悖论? :)))
: 好久不见,问好歪哥,写的真的好看 :))

b*****l
发帖数: 8603
13
谢科普,贝眼无珠,pwwp是who?
在这个BBS上,蓝贝说歪哥特指此楼主 :))

【在 a*w 的大作中提到】
: 在这個BBS上,歪哥特指pwwp。
a*w
发帖数: 4495
14
你可以在本版搜他的文章,传说他当年是买卖提全体文学女青年的
偶像和导师。

【在 b*****l 的大作中提到】
: 谢科普,贝眼无珠,pwwp是who?
: 在这个BBS上,蓝贝说歪哥特指此楼主 :))

b*****l
发帖数: 8603
15
谢谢哈,原来是花花雷版那边儿的 :)

【在 a*w 的大作中提到】
: 你可以在本版搜他的文章,传说他当年是买卖提全体文学女青年的
: 偶像和导师。

f****p
发帖数: 18483
16
拜托姐姐,您想写cantor,还是differential calculus。刚开个头,就没了?这个连
数学科普都不算呀。
c*******g
发帖数: 509
17
我写的是小说,不是科普。
也不是姐姐,是纯爷们,呵呵

【在 f****p 的大作中提到】
: 拜托姐姐,您想写cantor,还是differential calculus。刚开个头,就没了?这个连
: 数学科普都不算呀。

c*******g
发帖数: 509
18
哈哈,谢谢贝贝版主,好久不见,近来可好?

【在 b*****l 的大作中提到】
: 蓝贝跟帖说:歪哥写的太精彩了!好牛啊!
: 蓝贝心里说:歪哥把偶整晕啦!气死偶啦!
: 这个叫不叫悖论? :)))
: 好久不见,问好歪哥,写的真的好看 :))

t*****e
发帖数: 174
19
一口气看完20集。写得真好啊!作者功底真好!
俺也喜欢数学,可太笨理解不了,只好远远欣赏。
c*******g
发帖数: 509
20
先谢了,还是Prose版温暖,水版发完贴,我都不敢看回帖,哈哈。
看您的ID和回帖风格,不知道您和蓝贝版有什么关系吗?

【在 t*****e 的大作中提到】
: 一口气看完20集。写得真好啊!作者功底真好!
: 俺也喜欢数学,可太笨理解不了,只好远远欣赏。

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Re: 纯真年代(十三)10淡了-前言
《大学往事》 十二.读书 Re: 不是童话. 我看安其 天使在人间
晨昏之间杉影[2]
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b*****l
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21
我俩都被你的悖论整blue了 :))))

【在 c*******g 的大作中提到】
: 先谢了,还是Prose版温暖,水版发完贴,我都不敢看回帖,哈哈。
: 看您的ID和回帖风格,不知道您和蓝贝版有什么关系吗?

b*****l
发帖数: 8603
22
最近忙着relocation的事儿,就没大心情读长文。我家又搬到东岸那边去,离费城不远
。我以前在费城住过7年呢。前两天偶然看到有人拍的费城扫街的照片,镜头下的费城
比眼睛看到费城精致多了,给你个link,分享一下 :)
http://bbs.wenxuecity.com/photography/980739.html

【在 c*******g 的大作中提到】
: 哈哈,谢谢贝贝版主,好久不见,近来可好?
c*******g
发帖数: 509
23
别呀,我是希望能带来快乐。
要是给你整blue了,那我就先blue了。

【在 b*****l 的大作中提到】
: 我俩都被你的悖论整blue了 :))))
c*******g
发帖数: 509
24
照片不错,对我来说,费城永远都是美好的回忆。可惜已经不在费城了,要不然就有机
会见贝版一面了。
搬家是大工程,好在已经结束了,希望你能尽快适应新环境,认识新朋友。我个人是非
常喜欢东岸。

【在 b*****l 的大作中提到】
: 最近忙着relocation的事儿,就没大心情读长文。我家又搬到东岸那边去,离费城不远
: 。我以前在费城住过7年呢。前两天偶然看到有人拍的费城扫街的照片,镜头下的费城
: 比眼睛看到费城精致多了,给你个link,分享一下 :)
: http://bbs.wenxuecity.com/photography/980739.html

t*****e
发帖数: 174
25
您太谦虚了!
不认识蓝贝版,不过可以很负责地告诉你俺们的名字都是蓝滴:)

【在 c*******g 的大作中提到】
: 先谢了,还是Prose版温暖,水版发完贴,我都不敢看回帖,哈哈。
: 看您的ID和回帖风格,不知道您和蓝贝版有什么关系吗?

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杉影[2]初恋
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