基本介紹
- 中文名：無窮大
- 外文名：infinity
- 分類：數學
- 包括：正無窮 負無窮
- 相關：康托爾定理
- 類似：無窮集合
簡介,數學定義,分類,性質,無窮級數,比較,
簡介
在集合論中對無窮有不同的定義。德國數學家康托爾提出，對應於不同無窮集合的元素的個數（基數），有不同的“無窮”。
這裡比較不同的無窮的“大小”的時候唯一的辦法就是通過是否可以建立“一一對應關係”來判斷，而拋棄了歐幾里得“整體大於部分”的看法。例如整數集和自然數集由於可以建立一一對應的關係，它們就具有相同的無窮基數。
自然數集是具有最小基數的無窮集，它的基數用希伯來字母阿列夫右下角標來表示。
可以證明，任何一個集合的冪集（所有子集所形成的集合）的比原集合大，如果原來的基數是a，則冪集的基數記為
（2的a次方）。這稱為康托爾定理。
對於兩個無窮集合，可以以能否建立它們之間的雙射，作為比較其大小的標準。
確切地講，我們用基數的概念來描述集合，對於有限集合而言，可以認為它的基數就是元素的個數，但對無窮集而言，基數只能以下面的方式理解（當然也可以據此把無窮集合的基數說成是它元素的個數，但這個個數已經不是日常用語中的意思）。
如果集合A與集合B之間存在雙射（一一對應），就認為它們的基數一樣大；如果A與B的某個子集有雙射，就認為A的基數不比B更大，也就是A到B有單射，B到A有滿射；當A的基數不比B更大，且A、B基數不一樣大時，就認為A比B基數小。
在ZFC集合論的框架下，任何集合都是良序的，從而兩個集的基數總是大於、小於、等於中的一種，不會出現無法比較的情況。但若不包括選擇公理，只有良序集的基數才能比較。
例如，可數集合，如自然數集，整數集乃至有理數集對應的基數被定義為“阿列夫零”。比可數集合“大”的稱之為不可數集合，如實數集，其基數與自然數的冪集相同，為二的阿列夫零次方，被定義為“阿列夫壹”。
由於一個無窮集合的冪集總是具有比它本身更高的基數，所以通過構造一系列的冪集，可以證明無窮的基數的個數是無窮的。然而有趣的是，無窮基數的個數比任何基數都多，從而它是一個比任何無窮大都要大的“無窮大”，它不能對應於一個基數，否則會產生康托爾悖論的一種形式。
數學定義
1.設函式f(x)在x0的某一去心鄰域內有定義（或|x|大於某一正數時有定義）。如果對於任意給定的正數M（無論它多么大），總存在正數δ（或正數X），只要x適合不等式0<|x-x0|<δ(或|x|>X,即x趨於無窮)，對應的函式值f(x)總滿足不等式|f(x)|>M，則稱函式f(x)為當x→x0(或x→∞)時的無窮大。
在自變數的同一變化過程中，無窮大與無窮小具有倒數關係，即當x→a時f(x)為無窮大，則1/f(x)為無窮小；反之，f(x)為無窮小，且f(x)在a的某一去心鄰域內恆不為0時，1/f(x)才為無窮大。
無窮大記作∞，不可與很大的數混為一談。
2.①如果當x>0且無限增大時，函式f(x)無限趨於一個常數A，則稱當x→+∞時函式f(x)以A為極限.記作
②如果當x<0且x的絕對值無限增大時，函式f(x)無限趨於一個常數A，則稱當x→－∞時函式f(x)以A為極限.記作
分類
無窮大分為正無窮大、負無窮大，分別記作+∞、-∞ ，非常廣泛的套用於數學當中。
性質
兩個無窮大量之和不一定是無窮大；
有限個無窮大量之積一定是無窮大。
無窮級數
對於發散至正無窮大（或負無窮大）的無窮級數
，我們也記作
（或
）
例：
調和級數：
素數的倒數之和：
比較
最大的無窮大是多大呢？答案是沒有盡頭。事實上，(0,1)上的實數可以和正整數的所有子集的集合一一對應：把這些實數寫成二進制，小數點後第n位為1，對應於n在子集中；為0則對應不在子集中。這樣[0,1)上的實數就和正整數的子集有了一一對應，因此實數和正整數集的所有子集的個數一樣多。也可以證明前面所說曲線可以和實數集的冪集有一一對應關係。我們把前面說的所有曲線看成一個集合，他的所有子集的個數又將比這個集合大。這個過程可以一直進行下去，得到越來越大的無窮大。
更一般的，任給定無窮基數a，在a和2a之間是否有別的基數？這稱為廣義連續統假設。
數學家證明了這樣一個事實：連續統假設無法在ZFC集合論公理下被證明或證偽，換而言之，承認連續統假設將導出一個體系；不承認將導出另外一種體系。連續統假設或其否定均可作為額外的公理。
