有限 ,无穷,数学归纳法

有一个事情挺纠结的,就是命题从有限跨到无穷,比如集合有限并好好的,无穷并就容易出事;有限和加的好好的,突然无穷和就要改级数;有限积拓扑一切都好,跳到盒拓扑就太细,要换积拓扑。我知道这些例子有穷无穷的区别,但是没找到现有的知识和这些现象挂钩起来。

最后觉得根源是数学归纳法。


数学归纳法神奇的点在于,可以证明无穷个命题,P(1),P(2),...,P(n),... 这里提到一次无穷,但是却不能证明P(∞),这里是第二个无穷,两个无穷一个叫法但不是一回事,很绕。查了一圈so,发现一个很棒的说法,"因为没有n使得n+1=∞"。


上面的事实有个说法,叫∞是极限序数。这里∞其实应该写作omega,它是序数不是基数,为了表达出思考过程中的混乱混用了一下。序数可以看成序列的下标,极限序数区别于后继序数,比如2是1的后继,但是omega不能通过不断+1达到,所以P(omega)用数学归纳法达不到。


所以数学归纳法得到的集合是N,而期望得到的集合是N并上{∞},这就是两者的差异。但是有另一个归纳法叫超限归纳法,推广自数学归纳法的一个形式,可以同时做掉后继序数和极限序数,从而证明更强的命题,当然证明步骤也需要更多一点 并且有时候需要AC给所有目标配上良序,有点美中不足。

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