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芝诺是古希腊一个极善于诡辩的哲学家。他的一个众人皆知的“阿基里斯永远追不上乌龟”的诡辩是这样的:阿基里斯是古希腊神话中善跑的英雄。假设乌龟先爬一段路然后阿基里斯去追它。芝诺认为阿基里斯永远追不上乌龟。因为前者在追上后者之前必须首先达到后者的出发点,可是,这时后者又向前爬了一段路了。于是前者又必须赶上这段路,可是这时后者又向前爬了。由于阿基里斯和乌龟之间的距离可依次分成无数小段,因此阿基里斯虽然越追越近,但永远追不上乌龟。显然,这个结论在实践上是错误的,但奇怪的是这一论证在逻辑上似乎没有任何毛病。但用微积分的思想,却可以发现:
由于这段路程被分成了无数小段,而根据芝诺的推论,在每一个小段里,阿基里斯是永远追不上乌龟的。这显然是正确的。可是,我们可以看到,这无数个小段加起来,阿基里斯就刚好可以追到。这涉及到等比无穷数列问题。如果曲线上的一点沿着曲线趋于无穷远时,该点与某条直线的距离趋于零,则称此直线为曲线的渐近线,曲线与曲线的渐近线是没有交点的,所以,用微积分的思想是不能证明的,除非曲线与曲线的渐近线是有交点的。
由于这段路程被分成了无数小段,而根据芝诺的推论,在每一个小段里,阿基里斯是永远追不上乌龟的。这显然是正确的。可是,我们可以看到,这无数个小段加起来,阿基里斯就刚好可以追到。这涉及到等比无穷数列问题。如果曲线上的一点沿着曲线趋于无穷远时,该点与某条直线的距离趋于零,则称此直线为曲线的渐近线,曲线与曲线的渐近线是没有交点的,所以,用微积分的思想是不能证明的,除非曲线与曲线的渐近线是有交点的。
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如柏拉图描述,芝诺说这样的悖论,是兴之所至的小玩笑。首先,巴门尼德编出这个悖论,用来嘲笑"数学派"所代表的毕达哥拉斯的" 1-0.999...>0"思想。然后,他又用这个悖论,嘲笑他的学生芝诺的"1-0.999...=0,但1-0.999...>0"思想。最后,芝诺用这个悖论,反过来嘲笑巴门尼德的"1-0.999...=0,或1-0.999...>0"思想。
有人解释道:若慢跑者在快跑者前一段,则快跑者永远赶不上慢跑者,因为追赶者必须首先跑到被追者的出发点,而当他到达被追者的出发点,慢跑者又向前了一段,又有新的出发点在等着它,有无限个这样的出发点。
芝诺当然知道阿基里斯能够捉住海龟,跑步者肯定也能跑到终点。
类似阿基里斯追上海龟之类的追赶问题,我们可以用无穷数列的求和,或者简单建立起一个方程组就能算出所需要的时间,那么既然我们都算出了追赶所花的时间,我们还有什么理由说阿基里斯永远也追不上乌龟呢?然而问题出在这里:我们在这里有一个假定,那就是假定阿基里斯最终是追上了乌龟,才求出的那个时间。但是芝诺的悖论的实质在于要求我们证明为何能追上。上面说到无穷个步骤是难以完成。
以上初等数学的解决办法,是从结果推往过程的。悖论本身的逻辑并没有错,它之所以与实际相差甚远,在于这个芝诺与我们采取了不同的时间系统。人们习惯于将运动看做时间的连续函数,而芝诺的解释则采取了离散的时间系统。即无论将时间间隔取的再小,整个时间轴仍是由有限的时间点组成的。换句话说,连续时间是离散时间将时间间隔取为无穷小的极限。
其实这归根到底是一个时间的问题。譬如说,阿基里斯速度是10m/s,乌龟速度是1m/s,乌龟在前面100m。实际情况是阿基里斯必然会在100/9秒之后追上乌龟。按照悖论的逻辑,这100/9秒可以无限细分,给我们一种好像永远也过不完的印象。但其实根本不是如此。这就类似于有1秒时间,我们先要过一半即1/2秒,再过一半即1/4秒,再过一半即1/8秒,这样下去我们永远都过不完这1秒,因为无论时间再短也可无限细分。但其实我们真的就永远也过不完这1秒了吗?显然不是。尽管看上去我们要过1/2、1/4、1/8秒等等,好像永远无穷无尽。但其实时间的流动是匀速的,1/2、1/4、1/8秒,时间越来越短,看上去无穷无尽,其实加起来只是个常数而已,也就是1秒。所以说,芝诺的悖论是不存在的。
有人解释道:若慢跑者在快跑者前一段,则快跑者永远赶不上慢跑者,因为追赶者必须首先跑到被追者的出发点,而当他到达被追者的出发点,慢跑者又向前了一段,又有新的出发点在等着它,有无限个这样的出发点。
芝诺当然知道阿基里斯能够捉住海龟,跑步者肯定也能跑到终点。
类似阿基里斯追上海龟之类的追赶问题,我们可以用无穷数列的求和,或者简单建立起一个方程组就能算出所需要的时间,那么既然我们都算出了追赶所花的时间,我们还有什么理由说阿基里斯永远也追不上乌龟呢?然而问题出在这里:我们在这里有一个假定,那就是假定阿基里斯最终是追上了乌龟,才求出的那个时间。但是芝诺的悖论的实质在于要求我们证明为何能追上。上面说到无穷个步骤是难以完成。
以上初等数学的解决办法,是从结果推往过程的。悖论本身的逻辑并没有错,它之所以与实际相差甚远,在于这个芝诺与我们采取了不同的时间系统。人们习惯于将运动看做时间的连续函数,而芝诺的解释则采取了离散的时间系统。即无论将时间间隔取的再小,整个时间轴仍是由有限的时间点组成的。换句话说,连续时间是离散时间将时间间隔取为无穷小的极限。
其实这归根到底是一个时间的问题。譬如说,阿基里斯速度是10m/s,乌龟速度是1m/s,乌龟在前面100m。实际情况是阿基里斯必然会在100/9秒之后追上乌龟。按照悖论的逻辑,这100/9秒可以无限细分,给我们一种好像永远也过不完的印象。但其实根本不是如此。这就类似于有1秒时间,我们先要过一半即1/2秒,再过一半即1/4秒,再过一半即1/8秒,这样下去我们永远都过不完这1秒,因为无论时间再短也可无限细分。但其实我们真的就永远也过不完这1秒了吗?显然不是。尽管看上去我们要过1/2、1/4、1/8秒等等,好像永远无穷无尽。但其实时间的流动是匀速的,1/2、1/4、1/8秒,时间越来越短,看上去无穷无尽,其实加起来只是个常数而已,也就是1秒。所以说,芝诺的悖论是不存在的。
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芝诺是古希腊一个极善于诡辩的哲学家。他的一个众人皆知的“阿基里斯永远追不上乌龟”的诡辩是这样的:阿基里斯是古希腊神话中善跑的英雄。假设乌龟先爬一段路然后阿基里斯去追它。芝诺认为阿基里斯永远追不上乌龟。因为前者在追上后者之前必须首先达到后者的出发点,可是,这时后者又向前爬了一段路了。于是前者又必须赶上这段路,可是这时后者又向前爬了。由于阿基里斯和乌龟之间的距离可依次分成无数小段,因此阿基里斯虽然越追越近,但永远追不上乌龟。显然,这个结论在实践上是错误的,但奇怪的是这一论证在逻辑上似乎没有任何毛病。但用微积分的思想,却可以发现:
由于这段路程被分成了无数小段,而根据芝诺的推论,在每一个小段里,阿基里斯是永远追不上乌龟的。这显然是正确的。可是,我们可以看到,这无数个小段加起来,阿基里斯就刚好可以追到。这涉及到等比无穷数列问题。如果曲线上的一点沿着曲线趋于无穷远时,该点与某条直线的距离趋于零,则称此直线为曲线的渐近线,曲线与曲线的渐近线是没有交点的,所以,用微积分的思想是不能证明的,除非曲线与曲线的渐近线是有交点的。
由于这段路程被分成了无数小段,而根据芝诺的推论,在每一个小段里,阿基里斯是永远追不上乌龟的。这显然是正确的。可是,我们可以看到,这无数个小段加起来,阿基里斯就刚好可以追到。这涉及到等比无穷数列问题。如果曲线上的一点沿着曲线趋于无穷远时,该点与某条直线的距离趋于零,则称此直线为曲线的渐近线,曲线与曲线的渐近线是没有交点的,所以,用微积分的思想是不能证明的,除非曲线与曲线的渐近线是有交点的。
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首先阿基里斯必须跑到乌龟的出发点,这样,乌龟总是领先阿基里斯一段路。
假设乌龟超前1000米,阿基里斯以百倍与乌龟的速度向前赶,当阿基里斯跑的乌龟的原来位置时,乌龟前进了10米;当阿基里斯跑完这10米距离时,乌龟又前进了1分米;……如此下去,阿基里斯固然可以不断缩短同乌龟的距离,但始终处与乌龟的后面。
这是一个谬论,学了极限之后你就可以证明了。
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空间和时间不是可以无限分割的,所以有一段时间是最微小的,阿基里斯和乌龟共同前进一个空间单位,然后超过乌龟。
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