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Blog:https://dreamchen-2025-github-io.pages.dev/ 導讀: 本文分(上)、(中)、(下)三篇,這個悖論是淺顯易懂的,但想要釐清對錯就很傷腦 筋,讀者也可以讓 AI 代替你,體會燒腦的痛快!大約理工科低年級大學生的程度,就可 以更清楚理解感受這個悖論的燒腦之處。 附帶說明,為了多數讀者思考的樂趣,(中)篇才介紹和本文相關的知名悖論。不過筆者 最早構思時,是過去教學時為了介紹現代數學基礎思想的本質,刺激同學思考,也隱含未 來可能發展的方向,有興趣的讀者到時可參考(下)篇內容。 箱中球問題(原型): 有一個空箱,甲乙兩人輪流向箱子放球、取球,每輪甲先放進兩顆球,接著乙取出一顆球 。第一輪耗時 1 分鐘,之後每輪用時減半,總耗時是無窮等比級數,經過無窮多輪,全 部過程在兩分鐘時停止,之後箱中球數不再變化。請問「最終箱子裡會有多少球」? 進階問題(一):箱中球問題中,以下丙認為最終箱子裡「有無窮多顆球」。丁、戊可以 證明最終「沒有球」,請問誰對誰錯?然後重要的事說三遍!錯在哪裡?錯在哪裡?錯在 哪裡? 想法一(丙,大眾代表): 既然每輪甲放進兩顆球,乙取出一顆球,每輪箱子多一顆球,經過無窮多輪,當然箱子裡 「最終有無窮多顆球」。 想法二(丁,數系公理專家): 丁假設放球取球規則如下:第 N 輪時,甲先放進 2N-1, 2N 號球,接著乙取出 N 號球。 具體來說,第一輪甲放進 1, 2 號球,接著乙取出 1 號球。第二輪甲放進 3, 4 號球, 接著乙取出 2 號球。第三輪甲放進 5, 6 號球,接著乙取出 3 號球,依此類推。 丁說因為第一輪取出 1 號球,第二輪取出 2 號球,第 N 輪取出 N 號球,依此類推。兩 分鐘到後,經過無窮多輪,由皮亞諾公理可知,取出所有自然數的球號,因此箱子裡「最 終沒有球」。 皮亞諾公理: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/皮亚诺公理 想法三(戊,數學分析學家): 戊的放球取球規則同丁,設 B 是最終箱中球的編號集合。論證如下: 1. 如果 B 是空集合,代表箱子裡沒有球,結論成立。 2. 如果 B 非空,由自然數良序原理,存在最小自然數 k 屬於B。意即 k 號球最終在箱 子裡,箱中球編號最小為 k。 3. 但第 k 輪會取出 k 號球,因此 k 不屬於 B,和第 2 點矛盾!由反證法得到 B 是 空集合。 因此可以得到結論,箱子裡「最終沒有球」。 Well-ordering_principle: https://en.wikipedia.org/wiki/Well-ordering_principle 良序原理(百度): https://baike.baidu.com/item/良序原理/4049622 請問各位手握 AI 神器的讀者,以上想法誰對誰錯?錯在哪裡?錯在哪裡?錯在哪裡?如 果讀者覺得很傷腦筋,也可以讓 AI 代替你,體會燒腦的痛快! -- At the end, it never ends. -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 219.69.12.24 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Math/M.1741953643.A.430.html
arrenwu : 我覺得問題在一開始原型敘述那邊。 03/15 08:49
arrenwu : "兩分鐘時停止,之後箱中球數不再變化" 這個不應該 03/15 08:49
arrenwu : 是公理一樣的東西,而是需要被證成的敘述 03/15 08:49
不好意思隔了這麼久才回覆 A 大,反問 A 大,兩分鐘那一刻, 理論上經過了所有自然數回合,結束後不再放球、取球,球數不再變化應該合理吧?
arrenwu : 我覺得丙的想法最正常,但"無窮多"跟"數量不再改變" 03/15 08:51
arrenwu : 在我看起來是相互矛盾的敘述 03/15 08:51
arrenwu : 丁戊的推論是基於"數量不再改變"這個沒被證成的敘述 03/15 08:52
可能 A 大是潛無窮主義者,認為無窮增加、變化,永無止盡才是無窮。 敢問 A 大認可存在所有自然數集合嗎?如果自然數是無窮無盡的...
ginstein : 謝謝分享你的看法!等中篇發出再一起回應比較好。 03/15 23:33
hwanger : https://i.imgur.com/zktUDXs.png 03/19 15:46
ginstein : 謝謝h大,仔細看看,不過真的太多了XD 03/21 21:39
謝謝 h 大答覆。有點好奇您的領域? 也許你看完(中)篇會有其他想法,晚點再回覆您。 不過我有點好奇,將球的編號換成集合的編號,然後一個小結論是非負整數或無窮, 感覺和(中)篇的想法五結論類似。 大致理解 h 大的想法,取出球集是放入球集的子集,都是可數無窮集, 箱中球集是放入球集扣除取出球集(餘集),基數可能非零整數或無窮個數, 但資訊不足以確認是基數大小,不能透過特例說明箱中球集的情況。 應該是數理邏輯學家XD 有想過想要好好回復 h 大,但恐無餘力, 中篇機率部分就寫的不太滿意了,下篇比之前預期的難寫, 想的比說的快,說的比寫的快... 還要白話文,嗯,寫多少是多少吧~~ ※ 編輯: ginstein (59.120.152.34 臺灣), 03/22/2025 19:22:57 ※ 編輯: ginstein (219.69.12.24 臺灣), 03/24/2025 22:05:10
hwanger : https://i.imgur.com/nFoVm2d.png 03/25 17:10
hwanger : https://i.imgur.com/OMKQyuL.png 03/25 17:11
hwanger : https://i.imgur.com/Eptvr83.png 03/25 17:11
hwanger : https://i.imgur.com/WYvwFtb.png 03/25 17:12
hwanger : https://i.imgur.com/t4bvgLa.png 03/25 17:12
hwanger : https://i.imgur.com/seJo0TP.png 03/25 17:13
hwanger : 第二張最後一段的第一行 要改成 b in BOX_n for n l 03/25 17:59
hwanger : arge enough 03/25 17:59
hwanger : 補一個例子 就假設類似原問題的敘述 只不過現在箱子 03/26 06:41
hwanger : 內是一雙襪子 甲丟一隻襪子進去 乙拿一隻走 03/26 06:41
hwanger : 那最後箱子剩幾隻襪子 03/26 06:41
hwanger : 人類對無限是很無力的 要嘛你只能乖乖接受用數理邏 03/26 06:45
hwanger : 輯嚴格的規範無限 要嘛否定無限這個概念 但永遠不要 03/26 06:45
hwanger : 覺得自己理解無限 03/26 06:45
hwanger : 人類永遠無法真正意義上的處理無限是我以前很喜歡 03/26 06:52
hwanger : 對學生說的 03/26 06:52
ginstein : 喔喔!對 h 大抱歉,一來晚看到推文,二來下篇卡文 04/07 09:59
ginstein : 不滿意改寫中,不敢說包君認同,但上中兩篇本就沒 04/07 09:59
ginstein : 啥太多新觀點,下篇有關數學基礎的典範觀點,剛好 04/07 09:59
ginstein : 也能解釋你推文中一些問題。最後,還沒仔細看,但 04/07 09:59
ginstein : 放球取球球編號規則可看成具體的 choice function, 04/07 09:59
ginstein : 反過來也是嗎?是的話這個論點和庚就雷同了 04/07 09:59
hwanger : https://i.imgur.com/lgGFjmg.png 04/09 14:38
hwanger : https://i.imgur.com/akAcblt.png 04/09 14:39
hwanger : https://i.imgur.com/JkeXQ6U.png 04/09 14:39
hwanger : 修正一個typo: 在第2點中的 ∃n(...) 這個式子 裡 04/09 19:45
hwanger : 面的集合包含要改成集合的相等 04/09 19:45
ginstein : WLOG, Box_n = {1,...,2n} \ {f(1),...,f(n)}, 04/09 22:01
ginstein : 最小球號規則:f(n)=n,最大球號規則:f(n)=2n。 04/09 22:02
ginstein : 數字作為分類標籤,也可以不用自然數編號,不失一般性 04/09 22:03
ginstein : 我對h大的理解是,箱中剩球合理正確結論是非負整數 04/10 00:09
ginstein : 到可數無窮,沒有不確定性,論述與編號無關。 04/10 00:09
ginstein : 我回覆h大的精神是,不失一般性,用h大論述,特例 04/10 00:16
ginstein : 取文中編號規則,可看成具體選擇函數。 04/10 00:16
ginstein : 剛陷在思考中,差點忘了非常感謝h大,寫這麼詳細很 04/10 00:24
ginstein : 花時間,像是隱藏假設甲不會從乙取出的球拿回去放 04/10 00:24
ginstein : 感謝(合十) 。自己也得好好盡力,至少把初衷完成。 04/10 00:37
hwanger : https://i.imgur.com/028GlDi.png 04/11 17:09
hwanger : https://i.imgur.com/sW8STtN.png 04/11 17:10
hwanger : https://i.imgur.com/1eQ3tnP.png 04/11 17:10
hwanger : https://i.imgur.com/ehcrv95.png 04/11 17:11
庚的論點是,箱中最終球數和取球編號規則有關。 參考維基百科 Ross–Littlewood paradox 中 Depends on the conditions 我認為 h 大的集合論述和庚的本質上雷同, 翻譯成 h 大的語言(應該)是,最終球數和哪種選擇函數 f 有關。 是否每個選擇函數都是有效編號規則?我沒細想。 但 h 大強調的是選擇函數 f 的存在性,這細節非本文重點, (真要詭辯... 舊文恕刪。存在從取球編號規則建構的選擇函數 f) 重點當庚的論述為 h 大特例,那最終球數就和哪種選擇函數 f 有關, 用哪種選擇函數 f 或是用哪種取球編號規則,只是名詞不同。 雖然 h 大強調論述無關編號,至少需可區別的標記, |B_i|=2 寫成 B_i={b_{2i-1}, b_{2i}} 看起來是更一般, 但本質上沒有更一般,因此”不失一般性”,把 b_n 看成 b(n) 某種編號規則 Box_n = {1, 2, ..., 2n} 和 Box_n = {b_1, b_2, ..., b_{2n}} 本質一樣, 然後最小編號選擇函數 f(n)=n,最大編號選擇函數 f(n) = 2n, 就是翻譯成 f(n)=b_n,f(n) = b_{2n},留 K 顆球選擇函數也可以寫出來。 至於 h 大的集合論述和庚的是否等價?並非本文重點。 ※ 編輯: ginstein (219.69.12.24 臺灣), 04/13/2025 06:01:55
hwanger : 目前似乎只有在原PO願意嘗試理解或反駁下列 04/13 14:53
抱歉 h 大,目前真的沒能力。煩死自己的下篇嚴重拖稿,幸好沒答應一些事。 謝謝你的回應與指教,我們側重點不一樣,你的論述也給我一些啟發。 不過回顧數學基礎學派時,意識到 h 大和我應該是不同學派,側重自然不同。
hwanger : 目前似乎只有在原PO願意嘗試理解或反駁下列 04/13 15:00
hwanger : 所敘述的事後,我才有可能接著解釋其它細節 04/13 15:00
hwanger : 網路問題 抱歉 以下重打 04/13 15:02
hwanger : 目前似乎只有在原PO願意嘗試理解或反駁下列 04/13 15:02
hwanger : 所敘述的事後,我才有可能接著解釋其它細節 04/13 15:06
hwanger : 、並討論原PO系列文中的上中兩篇和維基條目 04/13 15:07
hwanger : Ross-Littlewood paradox寫法的差異。 04/13 15:07
hwanger : (不過我其實已不打算再對此系列文章做任何回 04/13 15:08
hwanger : 覆了;不出意外地話,這是我針對這系列文章 04/13 15:08
hwanger : 的最後一次回文,抱歉) 04/13 15:09
hwanger : ================================================ 04/13 15:09
hwanger : >>>我從來就沒有用{1,2,...,2n}和{b_1, b_2, 04/13 15:10
hwanger : ..., b_{2n}}形式上的相異來說明我第一次回 04/13 15:11
hwanger : 文中的第一到第三段和庚的論述的差別;我強 04/13 15:11
hwanger : 調的是我們不可能只透過定義有限的{1,2,..., 04/13 15:11
hwanger : 2n}或{b_1, b_2, ..., b_{2n}}來推得、定義 04/13 15:12
hwanger : 或假設∪B_*為{1, 2, ...}或{b_1, b_2,...} 04/13 15:12
hwanger : '∪B_*可以是 uncountable的'就註定了不可能 04/13 15:13
hwanger : 從我第一次回文的第一到第三段得到和庚本質 04/13 15:13
hwanger : 上一樣的論述---這件事我在第二次回文中有稍 04/13 15:14
hwanger : 微提到、並在最後兩次回文中都花了相當的篇 04/13 15:14
hwanger : 幅說明,不是現在才臨時改口的。不知道為什 04/13 15:14
hwanger : 麼原PO會覺得我只是單純糾結在{1,2,...,2n} 04/13 15:15
hwanger : 和{b_1,b_2,...,b_{2n}}哪個符號孰優孰劣。 04/13 15:16
hwanger : ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 04/13 15:16
hwanger : 注意到f能夠表示成某些集合的選擇函數是原問 04/13 15:16
hwanger : 題本來就有所限制的,這點我在第一次回文中 04/13 15:17
hwanger : 就有提到、並在第四次回文中詳細描述為什麼 04/13 15:17
hwanger : f剛好是個選擇函數。但在我第一次的回文中根 04/13 15:18
hwanger : 本沒有特別去強調f的存在性是重要的,並且在 04/13 15:18
hwanger : 那次回文中我甚至不需要知道 f '可以是什麼' 04/13 15:18
hwanger : 就可以明確地指出丙丁戊的問題點在哪。 04/13 15:19
hwanger : 我不知道原PO這系列文章最終的目的是什麼, 04/13 15:19
呃... 一部分動機是心得記錄。鑑於不知道拖稿還要多久?先透露點內容說明: "比方說三角形內角和悖論,甲說內角和等於兩直角,乙說內角和大於兩直角, 甲乙可以都是對的,結論不同是因為幾何基礎不同。" 對一部分人來說,要把甲基礎和乙基礎都寫下來,說清楚哪裡不同,才夠嚴謹。 這系列定位是科普文,能表達到意思又不失真就好,會斟酌的不是嚴謹性。 不好意思是我能力不夠,自以為清楚某些事,可以動筆簡單寫下來, 邊寫邊痛苦,這樣寫別人沒興趣看,這樣寫別人會誤會,這樣寫別人看不懂... 所以 h 大抱歉,我心煩已讀亂回,以後有機會彌補就彌補,沒機會請多包涵
hwanger : 但我第一次回文的重點就是單純給出上篇所想 04/13 15:20
hwanger : 要的解釋,即指出丙丁戊論述的缺失,理解我 04/13 15:20
hwanger : 第一次回文和庚的論述的不同處,才能清楚知 04/13 15:21
hwanger : 道我並不是因為支持庚的結論而在找似是而非 04/13 15:21
hwanger : 的理由否定丙丁戊。 04/13 15:22
hwanger : ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 04/13 15:23
hwanger : 儘管光憑第一次回文中第一到第三段的敘述在 04/13 15:23
hwanger : 邏輯上推不到庚的結論,原PO卻只因我在假設 04/13 15:23
hwanger : 選擇公設的前提下可以推到庚的結論,就認為 04/13 15:24
hwanger : 我第一次回文的重點是在建立和庚一樣的論述 04/13 15:24
hwanger : 而就算我已經在兩次回文中真的多次強調在只 04/13 15:25
hwanger : 有我第一次回文中第一到第三段的描述的情況 04/13 15:25
hwanger : 下,我是可以用嚴格的邏輯否定掉庚的結論, 04/13 15:25
hwanger : 但這些在公設集合論中稍微艱深的推導似乎只 04/13 15:26
hwanger : 讓原PO覺得我只是在計較{1,2,...,2n}和{b_1 04/13 15:26
hwanger : b_2,...,b_{2n}}哪個在形式上更一般、而沒有 04/13 15:27
hwanger : 在討論真正有意義的事。嗯,那就真的當我抽 04/13 15:27
hwanger : 象能力不足、沒辦法接受用1,2,...來代用b_1 04/13 15:28
hwanger : b_2,b_3,... 吧。 04/13 15:28
※ 編輯: ginstein (219.69.12.24 臺灣), 04/14/2025 16:41:34