完成本期挑战需要达到:
本科数学水平
希尔伯特酒店是一家拥有无穷多个房间的神奇酒店,每个房间都标有从1开始的自然数房间号. 该酒店招待了无数多客人且从来没有拒绝过客人,因而声名远播.
酒店装修重新开业那天,来了无穷多辆巴士,车上都坐满了无穷多乘客. 这无穷多辆车上的无穷多乘客都要入住酒店,希尔伯特能让这些人都住下吗?
在考虑了一段时间之后,希尔伯特提出了几种为车上的人分配房间的方法. 汽车本身和车上的座位均已编号. 如果b是每个人的公交车号码,s是他们的座位号,那么以下方法 __________可以将每个人分配到一个房间,要求每个房间最多容纳一个人.
无穷大!任何一个其他问题都不曾如此深刻地影响人类的精神;任何一个其他观点都不曾如此有效地激励人类的智力;然而, 没有任何概念比无穷大更需要澄清......
——大卫·希尔伯特(1862-1943)
本文介绍大卫·希尔伯特于1920年设计的一个关于无穷的趣味思维实验, 它向我们展示了深入思考无限的理念到底有多难.
希尔伯特设计了一个有无限数量房间的酒店, 每个房间都标有从1开始的自然数房间号. 也就是说这家酒店的客房数量与自然数集是一样的, 我们称是可数的. 我们称这酒店为希尔伯特酒店.
鉴于其无限的客房数量, 希尔伯特酒店始终以提供客房而自豪. 有一天晚上希尔伯特酒店住满了客人, 也就是酒店的每个房间里都有人住. (换句话说, 当前的客人和房间之间存在一对一的对应关系.)
这时来了一位客人需要入住, 希尔伯特没有回绝他, 而是腾出了一间空房给他, 这是怎么做到的呢?
原来他安排每个房客移动到下一个房间, 也就是在
刚给这位新客人安排好房间, 希尔伯特酒店门口又开来了一辆满载着新客人的巴士. 就像酒店本身一样, 这辆公共汽车的特殊之处在于它的座位数也是无穷可数的.车上坐满了人, 每个人都坐在一个从1开始编号的座位上.这次希尔伯特能将车上的人都安排好房间吗?
希尔伯特想了一会, 他让每位客人搬到当前房号两倍的房间入住. 也就是, 如果客人在
现在, 希尔伯特可以为公共汽车上的每个人分配一个房间.如果每个人的座位号是
希尔伯特酒店一时间声名远播, 人们从世界各地蜂拥而来, 有一天晚上, 奇怪的事情发生了. 酒店门口来了无穷多辆巴士, 每辆巴士上都坐满了无穷多乘客. 这无穷多辆车上的无穷多乘客都要入住酒店, 这下可怎么办呢?
你能帮助希尔伯特安排这些人的房间吗?