Deltoid
Punkty na prostej
W deltoidzie 7/2013 wykazaliśmy, że odcinek nie jest przeliczalny, posługując się tzw. metodą przekątniową Cantora. Tym razem udowodnimy ten sam fakt, wykorzystując pewną dwuosobową grę, której „planszą” jest zbiór
Gra. Ania i Bartek grają w następującą grę. Najpierw ustalili wspólnie pewien podzbiór odcinka Następnie Ania wybiera dowolną liczbę po czym Bartek wybiera W kolejnych ruchach, które wykonują na przemian, każdy gracz musi wybrać liczbę pomiędzy dwiema ostatnio wybranymi, czyli oraz dla
Ciąg jest rosnący i ograniczony z góry, a więc ma granicę Jeśli to wygrywa Ania, w przeciwnym przypadku – Bartek.
Strategia. Wykażemy, że jeśli zbiór jest co najwyżej przeliczalny, to Bartek ma strategię wygrywającą. Dla na pewno więc Bartek wygra. Dla ustawmy elementy zbioru w nieskończony ciąg (jeśli jest skończony, powtarzamy ostatni element). Niech Bartek dla każdego wybiera o ile jest to zgodne z zasadami gry, a w przeciwnym przypadku niech wybiera dowolne dozwolone
W ten sposób dla każdego albo albo było dla Bartka niedostępne, czyli lub Wobec tego dla żadnego liczba nie należy do przedziału Stąd żadna z liczb nie jest równa czyli Opisana strategia faktycznie jest więc dla Bartka wygrywająca.
Morał. Oczywiście jeśli grę wygrywa Ania niezależnie od przebiegu rozgrywki. Wobec powyższego oznacza to, że zbiór nie jest przeliczalny.
Dalsze wnioski z tej gry: http://people.math.gatech.edu/~mbaker/pdf/realgame.pdf.
W deltoidzie 7/2013 wykazaliśmy też, że liczby wymierne tworzą zbiór przeliczalny. Zajmiemy się teraz przykrywaniem ich kolorowymi odcinkami.
Zamalujemy całą prostą... Dana jest liczba Dla każdej liczby wymiernej zamalujmy wszystkie punkty z osi liczb rzeczywistych odległe od niej o mniej niż (Rys. 1). Czy niezależnie od wyboru pomalujemy w ten sposób całą prostą?
Okazuje się, że tak. Aby upewnić się, że liczba rzeczywista zostanie zamalowana, rozważmy odcinek Należy do niego pewna liczba wymierna Odległość od jest mniejsza niż zatem zostanie zamalowany, gdy malować będziemy otoczenie punktu o promieniu
... a może niekoniecznie całą? Dla każdej liczby wymiernej zamalujmy wszystkie punkty z osi liczb rzeczywistych odległe od niej o mniej niż pewna zależna od dodatnia wielkość Czy niezależnie od wyboru pomalujemy całą prostą?
Okazuje się, że niekoniecznie! Dla każdej liczby wymiernej ustalmy równe połowie odległości pomiędzy a liczbą (Rys. 2). Wówczas liczba nie zostanie zamalowana, gdyż od każdej liczby wymiernej jest odległa o więcej niż
Zamalujemy dowolnie mało! Nietrudno zmodyfikować powyższe rozumowanie, by zostawić niezamalowane dwie liczby niewymierne, np. oraz Czy można tak dobrać by zamalować istotnie mniejszą część prostej?
Ustawmy liczby wymierne w ciąg i niech dla każdej liczby wymiernej Wtedy dla malujemy jej otoczenie o promieniu a więc odcinek o długości 1, dla – otoczenie o promieniu czyli odcinek o długości etc. Łączna długość zamalowanej w ten sposób części prostej nie przekracza
Pomalowaliśmy wszystkie liczby wymierne, a jednocześnie praktycznie cała prosta pozostała niezamalowana! Co więcej, zamalowana część prostej może mieć dowolnie małą długość – wystarczy odpowiednio zmniejszyć wszystkie