Re: [猜謎] 1+1=？

[manhaspen (男人有筆)]

50元。




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以後１＋１為什麼會等於２　大學會有證明　單單一個證明可以讓你抄到手軟不要小看這
個公式，1+1=2登上科學界‘最偉大公式’之一。有不少人都可能曾經問過"為何1+1=2？"
這個看似多餘(!?)的問題。現在我嘗試向有興趣的網友簡單介紹一下怎樣在公理集合論的
框架內証明 "1+1=2" 這句對絕大多數人來說都"顛撲不破"的數學述句。首先，大家要知
道在集合論的脈絡中我們討論的對象是各式各樣的集合（或類 (class)，它們和集合的分
別在此不贅），故此我們經常碰到的自然數在這裡也是以集合（或類）來定義。例如我們
可用以下的方式界定0，1和2(eg. qv. Quine, Mathematical Logic, Revised Ed., Ch.
6, Ꜵ3-44)： 0 := {x: x ={y: ~(y = y)}} 1 := {x: y(yεx.&.x\{y}ε0)} 2 := {x:
y(yεx.&.x\{y}ε1)} 〔比如說，如果我們從某個屬於１這個類的分子拿去一個元素的話
，那麼該分子便會變成0的分子。換言之，１就是由所有只有一個元素的類組成的類。〕
現在我們一般採用主要由 von Neumann 引入的方法來界定自然數。例如： 0:= Λ, 1:=
{Λ} = {0} =0∪{0}, 2:= {Λ,{Λ}} = {0,1} = 1∪{1} [Λ為空集] 一般來說，如果我
們已經構作集n, 那麼它的後繼元(successor) n* 就界定為n∪{n}。 在一般的集合論公
理系統中（如ZFC）中有一條公理保證這個構作過程能不斷地延續下去，並且所有由這構
作方法得到的集合能構成一個集合，這條公理稱為無窮公理(Axiom of Infinity)(當然我
們假定了其他一些公理（如並集公理）已經建立。 〔注：無窮公理是一些所謂非邏輯的
公理。正是這些公理使得以Russell 為代表的邏輯主義學派的某些主張在最嚴格的意義下
不能實現。〕 跟覑我們便可應用以下的定理來定義關於自然數的加法。 定理：命"|N"表
示由所有自然數構成的集合，那麼我們可以唯一地定義映射A：|Nｘ|N→|N，使得它滿足
以下的條件： (1)對於|N中任意的元素x，我們有A(x,0) = x ； (2)對於|N中任意的元素
x和y，我們有A(x,y*) = A(x,y)*。 映射A就是我們用來定義加法的映射，我們可以把以
上的條件重寫如下： (1) x+0 = x ；(2) x+y* = (x+y)*。 現在，我們可以証明"1+1 =
2" 如下： 1+1 = 1+0* (因為 1:= 0*) = (1+0)* (根據條件(2)) = 1* (根據條件(1)) =
 2 (因為 2:= 1*) 〔注：嚴格來說我們要援用遞歸定理(Recursion Theorem)來保證以上
的構作方法是妥當的，在此不贅。] 1+ 1= 2"可以說是人類引入自然數及有關的運算後"
自然"得到的結論。但從十九世紀起數學家開始為建基於實數系統的分析學建立嚴密的邏
輯基礎後，人們才真正審視關於自然數的基礎問題。我相信這方面最"經典"的証明應要算
是出現在由Russell和Whitehead合著的"Principia Mathematica"中的那個。 我們可以這
樣証明"1+1 = 2"： 　首先，可以推知： αε１<=> (Σx)(α={x}) βε2 <=> (Σx)(
Σy)(β={x,y}.&.~(x=y)) ξε1+1 <=> (Σx)(Σy)(β={x}∪{y}.&.~(x=y)) 所以對於
任意的集合γ，我們有 　γε1+1 <=>(Σx)(Σy)(γ={x}∪{y}.&.~(x=y)) <=>(Σx)(Σ
y)(γ={x,y}.&.~(x=y)) <=> γε2 根據集合論的外延公理(Axiom of Extension)，我們
得到1+1 = 2。]




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