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主题:【原创】芝诺悖论--兔子为什么永远也追不上乌龟 -- 思想的行者

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家园 【原创】芝诺悖论--兔子为什么永远也追不上乌龟

芝诺认为:兔子永远也赶不上乌龟,只要兔子在乌龟的后面跑,不管兔子的速度比乌龟快多少就是无法赶上

他的理由是:

假定兔子的速度是乌龟速度的10倍,乌龟在兔子的前面的10米开始两者同时起跑

那么

当兔子追上被乌龟领先的10米的时候,乌龟已经往前跑了1米了

当兔子追上被乌龟领先的1米的时候,乌龟已经往前跑了0.1米了

当兔子追上被乌龟领先的0.1米的时候,乌龟已经往前跑了0.01米了

当兔子追上被乌龟领先的0.01米的时候,乌龟又已经往前跑了0.001米了

......

这是一个可以无限持续下去的过程,所以芝诺认为兔子永远也追不上乌龟

这个悖论的逻辑扭结点何在呢?

其实说起来也很简单,芝诺把一个数或者一个过程的无限可分,与一个数或者一个过程的无限性给混淆起来了

所谓数的无限可分,1这个自然数可以被无限划分为无穷多个无穷小的数的和,但是1显然不是无限大的

换句话说,无穷多个数的和并不一定是无穷大的,这就涉及到了微积分学上的最基础的概念之一---无穷级数的收敛和发散

微积分认为,一个由无穷多个项构成的无穷级数,它的和可以是有界的数,也可能是一个无穷大的数,如果是前者,那么认为该无穷级数是收敛的,否则认为该级数是发散的,这是微积分的必学课程之一

实际上,兔子追赶乌龟的每个阶段所花费的时间就构成为一个无穷级数,而这个无穷级数是收敛的

为了方便起见,我们假定兔子的速度是美秒10米

那么,根据芝诺的叙述

追赶乌龟领先的10米,兔子花费了1秒钟

追赶乌龟领先的1米兔子花费了0.1秒钟

追赶乌龟领先的0.1米,兔子花费了0.01秒钟

追赶乌龟领先的0.01米,兔子花费了0.001秒钟

.....

可以知道兔子追赶乌龟的总时间为一个无穷级数的和

1+0.1+0.01+0.001+0.0001+0.00001.....

我们知道这个级数是收敛的,收敛于1+1/9,即兔子需要花费1+1/9秒的时间就能够追赶上乌龟

用微积分的级数收敛概念就可以很好的解释芝诺悖论


本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)
家园 【讨论】你好像没有说到问题的关键!

1+0.1+0.01+0.001+0.0001+0.00001....

我们知道这个级数是收敛的,收敛于1+1/9,即兔子需要花费1+1/9秒的时间就能够追赶上乌龟

为什么这个级数是收敛的?

为什么无穷级数是收敛的,就可以认为他的和有界的?

家园 现实中兔子追上了乌龟,请解释一下这反常现象。
家园 教主,证明猜想需要先普及级数知识吗?
家园 好象是个典型的回帖不看贴的
家园 伙计,人家谈的就是如何反驳这个悖论
家园 判断级数的收敛是微积分的基础知识

有很多种办法,现在看起来很简单,但是历史上很多大数学家也曾经在上面犯过迷糊

比如有的大数学家就认为1+1-1+1-1+1-1+1-1.....=1/2

现在人们已经知道上面那个式子没有意义,是发散的,只有无穷多项的和是一个确定的有限的数,结果才是有益的,即是所谓的收敛

兔子追赶乌龟所花的时间系列相加就是收敛的

家园 如同只能一级一级迈上台阶~而没有半级~量度的限制是有限的
家园 不对吧

您的解释我看不一定对,实际上即便是半级半级的上,即兔子每次只追赶一半(?)那样芝诺悖论还是存在的

主要还是因为无穷级数本身是可能收敛的

家园 有趣的问题!花之——
家园 你的说法我同意哈~

不过我的意思是:并没有 半级半级的上 这种概念,要上就只能上一级,这样就可以解决那个无限接近的问题了

题外话,好比普朗克常数就是一级台阶,木有半级~

家园 在中学教科书上见过这个问题

北师大版现行高中数学数列一章后,讲的是阿基里斯追乌龟。为给高中生说明,用的是等比数列求和。不过在最后提到了应用级数收敛概念,同楼主文讲的大体相同。

家园 无穷多个无穷小的和不一定是无穷大
家园 这就是边界条件定义的问题了

现实生活中的诡辩,花街的赚钱新工具都是在这个边界条件上玩花样。

家园 两个无穷大也可以比大小

现在人们已经知道上面那个式子没有意义,是发散的,只有无穷多项的和是一个确定的有限的数,结果才是有益的,即是所谓的收敛

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