有趣的数学悖论 - 副本共34页
数学悖论趣谈
数学悖论趣谈§1 大象和蚊子一样重大象和蚊子哪个重？当然是大象重，这还用说吗？不过在计算过程中有时会得出令人莫名其妙的结果，不信你就自己做做下面这道题.设大象体重为x千克，蚊子体重为y千克，平均体重为A千克.据此可列出等式x+y= 2A (1)等式可以变形，因此（2）×（3）又可得x2-2Ax= -2A+y2 (4)等式两边加A2，又可得x2–2Ax+A2= y2–2Ay+A2即：（x–A）2=（y–A）2 (5)（5）式两边开平方得x–A = y–A (6)∴x=y这样我们就证明了大象和蚊子的体重一样.这个结论肯定是错误的.错在哪里呢？这就引导人们思考，结果终于发现错误出现在第（5）到第（6）步的推论.在这一过程中需要加注条件.因为某数开平方时会出现正负根，即：又因为y因而得y-A<0于是有所以（5）式到（6）式开平方后，应为x-A=A-y而不是 x-A=y-A如果我们在开平方时不对可能出现的各种情况加以说明，就会导致悖论的出现.实际上，在数学发展过程中，下百在许多地方不断地发现和弥补悖论所显示出来的裂缝，才使数学大厦越来越坚固稳定.悖论的出现并不可怕，从某种意义上说，它是推动数学进步发展的动力.§2 部分小于整体？在一个盒子里，装着黑白两种围棋棋子，哪种颜色的棋子更多一些呢？有人说，数一数不就完了吗？不错，分别数出两种颜色棋子的数目，然后比较数字大小，这是一种办法；还有一种更简单的方法，那就是对应，每一次从盒子里取出一黑一白两种棋子，放到另一个盒子里，一直取下去，最后剩下哪种棋子，就判定这种颜色的棋子多，如果刚好数完，就说明两种颜色的棋子一样多．前面说的都是盒子里的棋子数有限的情形，若盒子里的棋子数是无限的．那么，至少有一种颜色的棋子数是无限的．这样，我们就无法确切数出这样颜色的棋子数，因而前一种方法在这儿行不通．后一种方法适用吗？如果若干次之后，只剩下某种颜色的棋子，说明这种棋子多，并且是无数多个，如果每拿出一个黑的，总能拿出一个白的，并且每拿出一个白的，也能拿出一个黑的，那么就说明棋子数一样多了，并且都是无数多个．整体大于部分，这是一条古老而令人感到无可置疑的真理．哲学是如此，事物内部总是存在千丝万缕的联系，为了精确地分析万物的本质，我们通通先割裂它们．分别对事物的各个部分进行考察，但整体大于部分，它甚至大于各部分之和．从数学上来看，这一条真理真的和它看起来一样吗？17世纪的科学家伽利略发现，从数量上考察，涉及到数目无限时，情形就不一样了．伽利略在《对话》中有这样的注解："平方数的个数不小于所有的总数，所有数的总数也不大于平方数的个数"，表面上看起来，平方数的集合是所有数的集合的一个子集，属于明显的整体与部分的关体大于部分，它甚至大于各部分之和．从数学上来看，这一条真理真的和它看起来一样吗？17世纪的科学家伽利略发现，从数量上考察，涉及到数目无限时，情形就不一样了．伽利略在《对话》中有这样的注解："平方数的个数不小于所有的总数，所有数的总数也不大于平方数的个数"，表面上看起来，平方数的集合是所有数的集合的一个子集，属于明显的整体与部分的关系，伽利略的注解认为，它们的个数是一样多的，不妨用对应的思想来解释一下：…1 2 3 4 5 6 7 8 9 …n ……1 4 9 16 25 36 49 64 81…n2 …每一个自然数，总能找到一个平方数与之对应，相反，每一个平方数也一定能找到一个自然数与之对应，那么这两个数的集合是一一对应的，也就是说自然数和平方数的个数是一样多的．像这样的情形还有许多，整数和偶数是一样多的，整数与奇数也是一样多的，只要部分和整体的元素之间能建立一一对应的关系，那么它们含有同样多的元素．在这个思想的启发下，19世纪后期德国数学家康托尔创立了集合论．它揭示出部分可以和整体之间建立起一一对应关系，这正是含有无穷多个元素的集合的本质属性之一．它告诫人们：不要随便把有限的情形下得到的定理应用到无限情形中去．§3 理发师悖论萨维尔村理发师给自己订了一条规则："他给村子里不给自己刮胡子的人刮胡子，也只给这样的人刮胡子．于是有人问他：您自己的胡子由谁来刮呢？"理发师顿时哑口无言．因为，如果他给自己刮胡子，那么他就属于自己给自己刮胡子的那类人．但是，招牌上说明他不给这类人刮胡子，因此他不能自己给自己刮．如果由另外一个人给人刮，他就是不给自己刮胡子的人，而招牌上明明说他要给所有不自己刮胡子的男人刮胡子，因此，他应该自己为自己刮胡子．由此可见，不管作怎样的推论，理发师所说的话总是自相矛盾的．这就是著名的理发师悖论，是由英国哲学家罗素提出来的，这个通俗的故事表述了集合论中的一个著名的悖论──罗素悖论．罗素悖论还有其它一些通俗化问题，其中有一个是这么叙述的：假定有一个图书馆管理员，要给他的图书馆编辑一本参考书目：仅列入所有那些在他的图书馆里不把它们自己列入的参考书目的参考书目．同学们，读了上面的故事后，你们眼里的数学是不是也没有那么枯燥了呢？相信你在学习数学的过程中一定也遇到过很多有趣的问题，请写下来与大家一起分享吧!。
有趣的数学悖论说（二）
有趣的数学悖论说（二）“你站在桥上看风景”“看风景的人在楼上看你”“明月装饰了你的窗子”“你装饰了别人的梦”上图是被称为矛盾空间的作品《画廊》。
从左下角顺时针向右下角看：图中是一个正在举办画展的画廊，在这个画廊中，一位年轻人在仔细看一幅画；画中是一个港口，轮船后面是一排房子，在这排房子的右上方有个女士正在窗台远眺海边，而这位女士的楼下是正在举办一个画展的画廊，在这个画廊中，站着一位年轻人，这位年轻人正在仔细地看一幅画：画中是一个港口……这个世界就在这幅图中无限循环下去。
而在逻辑论证中不能出现循环论证，否则这个证明过程就会视为无效，而无限往往是出现bug的原因之一。
今天我们就来讲讲数学中的悖论——无限悖论。
希帕索斯悖论第一次数学危机起因于“希帕索斯悖论”。
毕达哥拉斯（Pythagoras）是有名的数学家，他的数学信仰是“一切数均可表示成整数或分数”，整数和分数后来被称为“有理数”。
然而，在“勾股定理”被提出后，有人考虑了一个问题：边长为1的正方形其对角线长度是多少呢？他发现，这一长度不能用整数和分数表示，只能引用一个新数，后来被称为无理数。
据说，希帕索斯后来还因为这个研究被发现被人扔进大海淹死了……这次数学危机表明，几何量不能完全用整数及其比表示，而数却可以用几何量来表示。
于是，整数的尊崇地位受到挑战，数学思想也因此经历一次革命。
伽利略悖论通常我们认为，整体大于部分，或者说“整体在数量上多于部分”。
举例来说，从直观上看，自然数远远多于其平方数，假如给出一个很短的自然数数列：1,2,3,4,5,6,7,8,9,101,4,9,16,25,36,49,64,81,100显然，自然数的平方比自然数少得多，或者说“稀”的多。
不过，伽利略指出，假如自然数序列无限延伸，则会出现戏剧性的结果，自然数系列与其平方数的序列可建立一一对应，这两个序列一样长：对于任一自然数n，都有另一个平方数与其对应，并且仍然是一个自然数……1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，……，n,……1,4,9,16,25,36,49,64,81,100，……，，……伽利略意识到这是一个重要发现，但是他不知道从中可以得出什么结论。
有趣的数学悖论
问题就在于亚里士多德的观念是错的
▪ 现在我们都知道在不计空气阻力的情况下， 不管物体质量大小，物体下落速度总是相同 的。
毕达哥拉斯悖论
▪ 毕达哥拉斯是公元前5世纪的数学家和哲学家。 他曾创立了著名的毕达哥拉斯学派。该学派认为任 何两条线段都是可通约的，即万物皆数。然而其学 派中一个成员希帕索斯却发现边长为一的正方形的 对角线与边长是无法比的。在当时这与毕达哥拉斯 学派的数学观点不符，于是人们就将其称为毕达哥 拉斯悖论或希帕所斯悖论。还因此引发了第一次数 学危机。
卖亏了
▪ 一个商贩卖 葱，1元钱1斤。过来个买葱人说： 这一大捆葱我都要了，不过要分开秤，葱白7 角钱一斤，葱叶3角钱一斤。这样葱白加葱叶 还是1元，对不对？商贩想，7角加3角正好是 1元，没错，就同意了。结果买葱人走后，商 贩发现少卖了许多钱。商贩为什么卖亏了？
知道为什么吗？
其实道理很简单，我们假设葱白葱叶 一样重。那么葱1元1斤相当与斤葱白 斤葱叶卖1元，也就是说1斤葱白+1斤 葱叶要卖2元钱，而按买葱人的算法1 斤葱白+1斤葱叶只卖1元钱，当然要 亏了。
什么是悖论（paradox）？
▪ 即同人们通常的见解相抵触的理论，观点， 或说法。
பைடு நூலகம்悖论主要有三中类型
第一种：似是而非型
▪ 这种悖论论断看起来是正确的，实际上却错 了，这种讲假话的悖论也称假语悖论。这类 悖论的生成都是通过一个微妙而隐蔽的推理 错误生成一个矛盾。
下面看几个例子
1元钱到哪去了？
▪ 三个学生住店，服务员收费30元，于是三个 学生每人交10元。后来老板说今天特价，只 收25元，要服务员把多的5元退给三人。爱贪 小便宜的服务员想：“5元给三人也不好分， 自己留下2元，给他们每人1元刚好。”于是， 服务员退还了学生3元并私吞了2元。现在的 结果是：每位学生只出了9元，一共27元，加 上服务员的2元，才29元。剩下的1元钱到哪 去了？
有趣的数学悖论小故事
有趣的数学悖论小故事1、唐·吉诃德悖论小说《唐·吉诃德》里描写过一个国家，它有一条奇怪的法律，每个旅游者都要回答一个问题：“你来这里做什么？”回答对了，一切都好办；回答错了，就要被绞死。
一天，有个旅游者回答：“我来这里是要被绞死。
”旅游者被送到国王那里。
国王苦苦想了好久：他回答得是对还是错？究竟要不要把他绞死。
如果说他回答得对，那就不要绞死他，可这样一来，他的回答又成了错的了！如果说他回答错了，那就要绞死他，但这恰恰又证明他回答对了。
实在是左右为难！2、梵学者的预言一天，梵学者与他的女儿苏耶发生了争论。
苏椰：你是一个大骗子，爸爸。
你根本不能预言未来。
学者：我肯定能。
苏椰：不，你不能。
我现在就可以证明它！苏椰在一张纸上写了一些字，折起来，压在水晶球下。
她说：“我写了一件事，它在3点钟前可能发生，也可能不发生。
请你预言它究竟是不是会发生，在这张白卡片上写下‘是’字或‘不’字。
要是你写错了，你答应现在就买辆汽车给我，不要拖到以后好吗？”“好，一言为定。
”学者在卡片上写了一个字。
3点钟时，苏椰把水晶球下面的纸拿出来，高声读道：“在下午3点以前，你将写一个‘不’字在卡片上。
”学者在卡片上写的是“是”字，他预言错了：“在下午3点以前，写一个‘不’字在卡片上”这一件事并未发生。
但如果他在卡片上写的是“不”呢？也还错！因为写“不”就表示他预言卡片上的事不会发生，但它恰恰发生了——他在卡片上写的就是一个‘不’字。
苏椰笑了：“我想要一辆红色的赛车，爸爸，要带斗形座的。
”3、意想不到的老虎公主要和迈克结婚，国王提出一个条件：“我亲爱的，如果迈克打死这五个门后藏着的一只老虎，你就可以和他结婚。
迈克必须顺次序开门，从1号门开始。
他事先不知道哪个房间里有老虎，只有开了那扇门才知道。
这只老虎的出现将是料想不到的。
”迈克看着这些门，对自己说道：“如果我打开了四个空房间的门，我就会知道老虎在第五个房间。
可是，国王说我不能事先知道它在哪里，所以老虎不可能在第五个房间。
数学悖论
都能找到更“大”的无限集合）。
2
奇怪的旅店
有个故事据说出自杰出的德国数学家 希尔伯特之口：
一天深夜，一个人走进一家旅店， 想订一间房.店主微笑的告诉他说： “对不起，我们所有房间都住满了客 人，不过让我想想办法，或许我最终 可以为您腾出一个房间来.”
然后，店主便离开自己的办公台， 很不好意思的叫醒了旅客，并请他们 换一换房间：他要每一号房间的旅客 搬到房间号比原来高一号的房间去.
13
芝诺悖论---由无限引出的
芝诺（前490？—前430？）是（南意大利的）
爱利亚学派创始人巴门尼德的学生。他企图证明 该学派的学说：“多”和“变”是虚幻的，不可
分的“一”及“静止的例证，人称
“芝诺悖论”。这些悖论是从哲学角度提出的。
我们从数学角度看其中的一个悖论。
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症结：
无限段长度的和，可能是有限的； 无限段时间的和，也可能是有限的。
芝诺悖论的意义：
1）促进了严格、求证数学的发展
2）较早的“反证法”及“无限”的思想
3）尖锐地提出离散与连续的矛盾：
空间和时间有没有最小的单位？
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芝诺的前两个悖论是反对“空间和时间是连
续的”，后两个悖论则是反对“空间和时间是离
数学中的无限在生活中的反映
1）大烟囱是圆的：每一块砖都是直的
（整体看又是圆的）
2）锉刀锉一个光滑零件：
每一锉锉下去都是直的
（许多刀合在一起的效果又是光滑的）
1
无限集合也有“大小”
——从“一一对应”说起
实无限的观点让我们知道，同样是无限集合，也可能
有不同的“大小”。
正整数集合是最“小”的无限集合。 实数集合比正整数集“大”。实数集合上全体连续函 数的集合又比实数集合更大。 不存在最“大”的无限集合（即对于任何无限集合，
数学悖论问题
5.
赛德尔悖论：赛德尔悖论是关于集合中自身是否是自己的成员的问题。具体地说，如果有一个集合包含自身的元素，则称该集合是自指的。赛德尔悖论就是指出不存在一个集合同时既包含自身的元素，又不包含自身的元素。这看起来似乎与常识相违背，因此被称为赛德尔悖论。
6.
这些数学悖论问题都是深奥而有趣的问题，对于理解数学的本质和逻辑思维的训练都具有很大的启示作用。
数学悖论是指在数学中出现的看似矛盾或荒谬的结论或情况。以下是几个经典的数学悖论问题：它断言当n大于2时，a^n + b^n = c^n方程没有正整数解。虽然费马大定理已被证明，但其证明过程非常复杂，历史上曾引发过很多争议。
2.
3.
伯利兹巴悖论：伯利兹巴悖论是集合论中的一个悖论，它指出对于任何一个集合来说，不存在一个集合包含所有集合的元素。这个结论看起来与集合的定义相矛盾，因此被称为伯利兹巴悖论。
悖论大集合
悖论大集合悖论大集合（1）米堆悖论。
如果一粒米不算一堆米，两粒米不算一堆米，三粒米不算一堆米……那么照此逻辑，一万粒米也不算一堆米。
与之相对的是（2）沙丘悖论。
如果有一堆沙，拿走一颗沙这还是一堆沙，拿走两颗沙这还是一堆沙，那么，拿走n颗也算是一堆沙，所以一颗沙也叫一堆沙。
和我们的认识抵触。
（2）赌徒的谬误。
假设有一个赌徒，他在赌博中连续赢了9次，请问第10次他会输还是赢？这个问题一般有两种答案，第一，他会赢，因为很多人觉得前9次赢了，说明他运气来了，下一次要赢了。
第二，他会输，因为风水轮流转，不可能一直好运，这样才能平衡。
这和买彩票号码是一样的，有人认为要买前几次出现过的号码，觉得这是热门号码。
而有人则认为应该买其他号码，因为既然前几次是那个号码，那么后来就肯定不是了。
这种对不确定的事情以前面的结果进行推测就叫赌徒的谬误。
其实，第10次赌徒到底是输还是赢还是一件未知的事情，所谓运气楼主也不知道到底存不存在这种东西。
你们呢？觉得运气存在么？（3）怕老婆悖论。
电台举行节目，要求所有男性出场。
要求怕老婆的就站左边，不怕的站右边。
中国男性以怕老婆为荣。
于是纷纷走向左边。
只有唯一一个男性在右边。
主持人不解问他是不是不怕老婆，他说：“我老婆不让我去人多的地方。
”这下主持人犯了难。
到底他是怕老婆还是不怕呢？（4）万能溶液悖论。
（很多经典的悖论有可能大家见过就当复习吧，蹭）一位科学家的弟子好高骛远，于是有一天他非常骄傲的对老师说，我要发明一种能溶解任何东西的万能溶液。
他的老师只是轻轻的说：那你用什么容器装它呢？（5）鳄鱼悖论。
一头鳄鱼抓住了一个小孩，它对小孩妈妈说：“你猜我吃不吃他？猜对了我就不吃他。
猜错了我就吃了它。
”小孩妈妈说：“我猜你要吃了我的孩子。
”鳄鱼说：“哈哈，那我要吃了它。
”小孩妈妈说：“我猜对了那你就不应该吃他。
”鳄鱼这下糊涂了，如果还给她孩子，那他就猜错了我应该吃了它，但是我吃了他她就猜对了不应该吃他，最后鳄鱼还给了她孩子。
数学史上十个有趣的悖论
数学史上十个有趣的悖论1. 赫拉克利特悖论：你永远无法踏入同一条河流。
因为河流的水流不断更替，所以你每次接触到的都是不同的水。
2. 亚里士多德悖论：有一只鸟，如果它每天吃一只虫子就会活下去，那么它连续吃两只虫子会发生什么？它会死亡，因为它每天只需要一只虫子来维持生命。
3. 形而上学悖论：如果一个人把一艘船的每一块木头一块一块地替换掉，那么到最后是否还是同一艘船呢？4. 希尔伯特问题的悖论：是否存在一个包含所有数学真理的最终公式列表？如果是，那么这个列表将包含说真话的几句话和谎言。
但如果它不能说出哪句话是真话，哪句话是谎言，那么这个列表就不完整。
5. 斯特芬兹悖论：如果你有一个无穷的房间，房间里有一个无穷大的桶，里面装满了无穷多的球，但只有两种颜色：红和白。
你是否能用有限的步骤将球分成两堆，一堆红的，一堆白的？6. 孪生数悖论：对于任何一个素数，若将它加一或减一，它们之间的差值必定是二。
因此，两个素数之间一定有一个偶数。
7. 吉尔伯特-陶逊悖论：如果一个村庄中只有男人和小孩，那么这个村庄中一定存在一个人至少有红色头发吗？实际上是可以的，因为这个悖论只是一个错综复杂的抽象预测。
8. 无穷大悖论：如果你将自然数的所有数字分成偶数和奇数，你会发现奇数会比偶数多一些。
但是，当你将这些数字除以二，结果是每个数字都是整数，因此奇数和偶数应该在数量上相同。
9. 托勒密悖论：在托勒密的地球中心宇宙模型中，一颗星星的轨道被假定为匀速圆周运动。
这导致了一个悖论，因为我们观察到的星星的视差应该与其轨道的半径有关，但实际上并非如此。
10. 蒙提霍尔悖论：你在面前有三个门，其中一个门后面是奖品，另两个门后面没有奖品。
你选择了一个门，然后主持人打开了另一个没有奖品的门。
你是否应该更改你的选择以提高你获得奖品的机会？是的，你应该更改你的选择，因为这将让你获得奖品的机会增加到2/3。