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芝諾悖論:阿基里斯能追上烏龜嗎?
瀏覽次數(shù):次      發(fā)布時間:2019-06-19       發(fā)布人:張懷瑜
  

    據(jù)傳,阿基里斯(Achilles)是古希臘神話中善于行走的神,他走的速度很快,即使是世界上跑得最快的人也沒法與他相比。


    古希臘有一位哲學(xué)家叫芝諾(Zeno of Elea),他的學(xué)生們都對他推崇備至,認(rèn)為他對天下之事無所不知,無所不曉。然而有一天,芝諾在給學(xué)生上課時卻提出了這樣一個斷言:阿基里斯是跑得很快的,可是,若讓他與烏龜一起賽跑,卻永遠不能追上一只慢慢爬行的烏龜。


     聽了老師的講話,學(xué)生們個個感到驚奇和意外。阿基里斯與烏龜賽跑,那是輕而易舉就可追上烏龜?shù)?,這是眾所周知的事實,可知識淵博的老師怎么會說出這樣的奇談怪論呢?難道老師連起碼的常識都忘了嗎?學(xué)生們都不解地望著老師,一位學(xué)生終于大膽地提出了存于心中的疑問:老師,您能告訴我們?yōu)槭裁窗⒒锼棺凡簧蠟觚攩幔?/span>


      芝諾回答道:這個問題我自己也一直沒能夠解決。


     學(xué)生們更加奇怪了,大家你看看我,我看看你,誰也不明白老師今天上課的用意何在,芝諾也是一副陷入沉思的樣子。


     過了許久,芝諾抬起頭來,他終于答應(yīng)把自己的研究了很長時間的問題講述給學(xué)生們。


      為了方便起見,我們假設(shè)阿基里斯與烏龜賽跑時阿基里斯的速度是每小時行走10千米,而烏龜?shù)乃俣仁敲啃r爬1千米。比賽是在對雙方都很公平的條件下進行的,并且阿基里斯在烏龜后面10千米。比賽開始時,二者同時出發(fā),烏龜在前面爬,阿基里斯在后面追。這樣的話,問題就出來了。


     1小時以后,當(dāng)阿基里斯走了10千米,到達烏龜原來出發(fā)的位置時,烏龜又爬到前面1千米的地方;


     1/10小時以后,阿基里斯追了1千米,烏龜又向前爬了1/10千米;


     1/100小時以后,阿基里斯追了1/10千米,烏龜又向前爬了1/100千米;


      ……


      如此下去,阿基里斯與烏龜之間的距離雖然越來越接近,但阿基里斯卻永遠追不上烏龜。


      芝諾講到這里,他的學(xué)生們卻個個都愣住了。他們心里都明白老師的說法是錯的,是與常理相悖的,但誰也無法指出他錯在哪里,就連芝諾自己不都說了還在研究嗎?


      其實,這是芝諾在作詭辯,這也就是后人所稱的著名的芝諾悖論,它的提出促使了人們對無窮小量的研究,甚至引起了一場數(shù)學(xué)觀念上的革命。因為當(dāng)時的數(shù)學(xué)家們認(rèn)為,無限多個很小的量的和必定為無限大。而在芝諾悖論中,芝諾巧妙地鉆了空子,把有限長的線段分成了無限多個很小線段的和,把有限的時間可以完成的運動分成了無限多段很短的時間來完成。后來,人們終于弄清楚,無限多個很小的量的和未必一定是無限大,而可能是有限的。


      在上面的芝諾悖論中,用我們現(xiàn)在的根限知識是很容易揭穿這一詭辯的。阿基里斯追烏龜時,走完第一段路程需要1小時,走完第二段路程需1/10小時,走完第三段路程需1/100小時,……,這樣,追上烏龜共需的時間為


      1+1/10+1/100+…=1.11…=10/9 (小時)


     而這是一個有限數(shù),說明阿基里斯追上烏龜只需要10/9小時,這對阿基里斯來說自然是很快的了。需要說明的是:利用高中無窮遞縮等比數(shù)列的知識,還可以作嚴(yán)格的推論。


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