有限 ,無窮,數學歸納法

有一個事情挺糾結的,就是命題從有限跨到無窮,比如集合有限并好好的,無窮并就容易出事;有限和加的好好的,突然無窮和就要改級數;有限積拓撲一切都好,跳到盒拓撲就太細,要換積拓撲。我知道這些例子有窮無窮的區別,但是沒找到現有的知識和這些現象掛鉤起來。

最后覺得根源是數學歸納法。


數學歸納法神奇的點在于,可以證明無窮個命題,P(1),P(2),...,P(n),... 這里提到一次無窮,但是卻不能證明P(∞),這里是第二個無窮,兩個無窮一個叫法但不是一回事,很繞。查了一圈so,發現一個很棒的說法,"因為沒有n使得n+1=∞"。


上面的事實有個說法,叫∞是極限序數。這里∞其實應該寫作omega,它是序數不是基數,為了表達出思考過程中的混亂混用了一下。序數可以看成序列的下標,極限序數區別于后繼序數,比如2是1的后繼,但是omega不能通過不斷+1達到,所以P(omega)用數學歸納法達不到。


所以數學歸納法得到的集合是N,而期望得到的集合是N并上{∞},這就是兩者的差異。但是有另一個歸納法叫超限歸納法,推廣自數學歸納法的一個形式,可以同時做掉后繼序數和極限序數,從而證明更強的命題,當然證明步驟也需要更多一點 并且有時候需要AC給所有目標配上良序,有點美中不足。

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