Przeskocz do treści

Delta mi!

Deltoid

Punkty na prostej

Joanna Jaszuńska

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: maj 2014
  • Publikacja elektroniczna: 01-05-2014
  • Wersja do druku [application/pdf]: (194 KB)

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  math

Gra. Ania i Bartek grają w następującą grę. Najpierw ustalili wspólnie pewien podzbiór math  odcinka math Następnie Ania wybiera dowolną liczbę math po czym Bartek wybiera math W kolejnych ruchach, które wykonują na przemian, każdy gracz musi wybrać liczbę pomiędzy dwiema ostatnio wybranymi, czyli math oraz math dla  math

Ciąg math jest rosnący i ograniczony z góry, a więc ma granicę math Jeśli  math  to wygrywa Ania, w przeciwnym przypadku – Bartek.

Strategia. Wykażemy, że jeśli zbiór  math  jest co najwyżej przeliczalny, to Bartek ma strategię wygrywającą. Dla math  na pewno math  więc Bartek wygra. Dla  math  ustawmy elementy zbioru  math  w nieskończony ciąg math (jeśli  math  jest skończony, powtarzamy ostatni element). Niech Bartek dla każdego  math wybiera math  o ile jest to zgodne z zasadami gry, a w przeciwnym przypadku niech wybiera dowolne dozwolone  math

W ten sposób dla każdego  math albo math albo math  było dla Bartka niedostępne, czyli math  lub math  Wobec tego dla żadnego  math liczba math  nie należy do przedziału math  Stąd żadna z liczb  math  nie jest równa  math  czyli  math  Opisana strategia faktycznie jest więc dla Bartka wygrywająca.

Morał. Oczywiście jeśli math  grę wygrywa Ania niezależnie od przebiegu rozgrywki. Wobec powyższego oznacza to, że zbiór math nie jest przeliczalny.

Dalsze wnioski z tej gry: http://people.math.gatech.edu/~mbaker/pdf/realgame.pdf.

deltoidzie 7/2013 wykazaliśmy też, że liczby wymierne tworzą zbiór przeliczalny. Zajmiemy się teraz przykrywaniem ich kolorowymi odcinkami.

obrazek

Rys. 1 Otoczenie o promieniu  math punktu  math.

Rys. 1 Otoczenie o promieniu  math punktu  math.

Zamalujemy całą prostą... Dana jest liczba math Dla każdej liczby wymiernej zamalujmy wszystkie punkty z osi liczb rzeczywistych odległe od niej o mniej niż  math (Rys. 1). Czy niezależnie od wyboru  math pomalujemy w ten sposób całą prostą?

Okazuje się, że tak. Aby upewnić się, że liczba rzeczywista  math zostanie zamalowana, rozważmy odcinek math Należy do niego pewna liczba wymierna  math Odległość math od  math jest mniejsza niż  math zatem math zostanie zamalowany, gdy malować będziemy otoczenie punktu  math o promieniu  math

... a może niekoniecznie całą? Dla każdej liczby wymiernej  math zamalujmy wszystkie punkty z osi liczb rzeczywistych odległe od niej o mniej niż pewna zależna od  math dodatnia wielkość  math Czy niezależnie od wyboru  math pomalujemy całą prostą?

obrazek

Rys. 2 Otoczenie o promieniu  math punktu  math.

Rys. 2 Otoczenie o promieniu  math punktu  math.

Okazuje się, że niekoniecznie! Dla każdej liczby wymiernej  math ustalmy  math równe połowie odległości pomiędzy  math a liczbą math (Rys. 2). Wówczas liczba  math nie zostanie zamalowana, gdyż od każdej liczby wymiernej  math jest odległa o więcej niż  math

Zamalujemy dowolnie mało! Nietrudno zmodyfikować powyższe rozumowanie, by zostawić niezamalowane dwie liczby niewymierne, np.  math oraz  math Czy można tak dobrać  math by zamalować istotnie mniejszą część prostej?

Ustawmy liczby wymierne w ciąg math i niech math dla każdej liczby wymiernej  math Wtedy dla  math malujemy jej otoczenie o promieniu  math a więc odcinek o długości 1, dla  math – otoczenie o promieniu  math czyli odcinek o długości  math etc. Łączna długość zamalowanej w ten sposób części prostej nie przekracza

display-math

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  math