Spielereien mit abzählbar-unendlichen Mengen: Hilbert-Hotel

TomS

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Hallo Tom,

das ist eine "eigene" Welt …

Und betreffend Rainers Idee, verschiedene abzählbare Unendlichkeiten einführen zu wollen …
Meine Idee war nur, die Idee von Rainer in präzise Mathematik zu überführen. Das kann z.B. auf ersteres führen, jedoch nicht auf letzteres. Wir erhalten sicher keine voneinander "verschiedene abzählbare Unendlichkeiten", zumindest nicht nach Cantor, denn da gibt es exakt eine abzählbare Unendlichkeit.
 

Rainer

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"verschiedene abzählbare Unendlichkeiten",
Konkret zu meinem Fall:
0,1 < $(e)/$(π) < 10
Man weiß nicht, welche Zahl größer ist, denn die erste Ziffer ändert sich in beiden Zahlen unvorhersehbar, genauso wie man nicht sagen kann, ob π oder e gerade oder ungerade sind. Doch was spielt unsere Kenntnis für eine Rolle dafür, ob diese Zahlen unterschiedlich sind? Sie haben jedenfalls die gleiche Anzahl an Vorkommaziffern.
lg($(e)) ≈ lg(§(π))
 

TomS

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Dass Zahlenfolgen verschieden sind, und man evtl. nicht weiß, wann welche Zahl größer ist, bedeutet nicht, dass die divergenten Grenzwerte verschieden sind.

Der Vergleich von 1/0 und 2/0 ist gar nicht erlaubt! Beides ergibt ∞, aber es ist nicht (unbedingt) dasselbe.
Der Vergleich von 1/0 und 2/0 ist nicht erlaubt, weil beides undefiniert ist. Zunächst mal musst du das vernünftig definieren, also z.B.

a(ε) = limε→0 1/ε
b(ε) = limε→0 2/ε

Damit ist

∀ε > 0: b(ε) = 2 a(ε) > a(ε)

Interessanterweise kannst du nun einen Abschluss definieren, indem du zur Menge aller reellen Zahlen explizit den sogenannten "unendlich fernen Punkt" hinzunimmst:


Dieser Abschluss ist nicht unendlich vieldeutig. Er liefert entweder etwas vernünftiges, oder er ist undefiniert. Wenn letzteres, dann ist eine Diskussion sinnlos.
 
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ralfkannenberg

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Meine Idee war nur, die Idee von Rainer in präzise Mathematik zu überführen. Das kann z.B. auf ersteres führen, jedoch nicht auf letzteres.
Hallo Tom,

wie gesagt, man kann das tun, aber ich kann hierzu wenig beitragen und würde dann eher auf der Schulbank Platz nehmen.

Wir erhalten sicher keine voneinander "verschiedene abzählbare Unendlichkeiten", zumindest nicht nach Cantor, denn da gibt es exakt eine abzählbare Unendlichkeit.
Ich habe Rainer so verstanden, dass er nicht verschiedene Mächtigkeiten vergleichen möchte - dadurch, dass man zwischen zwei abzählbaren Unendlichkeiten stets (quasi per definitionem) eine Bijektion findet, kann es nur eine solche geben - sondern dass er Unendlichkeiten als "Zahlen" einführen möchte und dann der Meinung ist, dass seine Vorkomma-Folgen zu verschiedenen "unendlichen Zahlen" führt. Und dem habe ich mit meiner "Folge 1" und "Folge 2" als Gegenbeispiel und dem Argument, dass seine Folgen (ebenso wie meine Folge 2) stets eine Teilfolge meiner Folge 1 ist, widersprochen. Du hast das ja dann allgemeiner hier mit ε formuliert, wobei ich bei meinen beiden Beispielen ja konkrete Beispiele für die ε genannt habe.


Wobei ich mit "unendlich" als Zahl ohnehin nicht glücklich bin - meinetwegen als Kardinalzahl, aber nicht als Zahl zum klassisch rechnen, d.h. wenn eine Folge absolut über alle Schranken anwachsend divergiert, dann sollte man ihr keinen "Grenzwert" zuordnen.

In kurz: Arithmetik mit den Folgengliedern (solange die Folgenglieder endlich bleiben): jederzeit ja, aber mit den Grenzwerten nur in Ausnahmefällen, beispielsweise wenn so eine Folge absolut konvergent ist.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Rainer

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In kurz: Arithmetik mit den Folgengliedern (solange die Folgenglieder endlich bleiben): jederzeit ja, aber mit den Grenzwerten nur in Ausnahmefällen, beispielsweise wenn so eine Folge absolut konvergent ist.
Wie Du an meinen Beispielen siehst, ist die Anwendung viel weiter, nicht nur für konvergente Grenzwerte A und B, es genügt, wenn zB A/B oder eben allgemein die konkrete Anwendung konvergent ist....das ist doch ein alter Hut.
WENN aber A/B≠1 sinnvoll ist, dann ist auch A ≠ B, selbst wenn A→∞ und B→∞
 
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ralfkannenberg

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Nein eigentlich nicht. Man denke nur an die Eichfreiheit des Nullpotentials. Ob das Potential unendlich ist, ist irrelevant, weil nur Differenzen zählen.
Hallo Rainer,

die Mathematik muss bei solchen Fragestellungen über der Physik stehen, d.h. wenn Du ein Beispiel aus der Physik benennst, dann gibt es meistens zusätzliche Annahmen, die man zur Berechnung nutzen kann. In der Mathematik indes betrachten wir typischerweise den Allgemeinfall.

Das ist übrigens bitte mit keinerlei Wertung verbunden, der Fokus ist einfach unterschiedlich.

Der Wert dieser Unendlichkeiten ist für die meisten arithmetischen Operationen gleich ∞, aber nicht immer.
Ich wiederhole mich: nein ! Der Wert dieser Unendlichkeiten ist nicht definiert und würde man ihn definieren, so wäre er gleich, was auch immer Gleichheit in einem solchen Zusammenhang bedeuten soll.

Und sinnvoll definieren kannst Du das nur darüber, was Du hast, und das sind die Folgenglieder, von denen jedes eine wohldefinierte endliche Zahl ist. Und dann kann man deren Konvergenzverhalten untersuchen.

Wenn Du mit Unendlichkeiten herumjonglieren möchtest brauchst Du weitere Voraussetzungen, das war ja vor etwa 100 Jahren so schlimm, dass man sogar ein zusätzliches Axiom postuliert hat. Aber das ist etwas für die Logiker, also für die Leute die sich mit Axiomatik beschäftigen, nicht für die, die ein physikalsiches Resultat ermitteln und interpretieren möchten. Da hast Du etwas salopp gesprochen nur zwei Ergebnisse: "bleibt endlich" oder "resultiert in der kleinst möglichen Unendlichkeit", also in lim{n in IN} n.

Und (a-b)/(a-b) ist in der Physik immer noch 1, auch wenn a-b=0
Nein. Das gilt nur, wenn man beweisen kann, dass sich dieser Quotient auf 0 stetig fortsetzen lässt. Das fällt nicht einfach so vom Himmel ! Ansonsten ist das bei 0 nicht definiert.

Wenn man da voreilig nur den Zähler oder nur den Nenner ausrechnet, bekommt man ganz andere Ergebnisse.
(ist mir beinah mal passiert, aber es musste ja 1 rauskommen, das war klar)
Du hättest daraus lernen sollen, dahingehen, dass es enorm wichtig ist, bei solchen Fragestellungen grösste Vorsicht walten zu lassen. Es ist keine Schande, festzustellen, dass ein Ausdruck nicht definiert ist.

Ich will nur sagen, dass Unendlich nicht das Ende der Fahnenstange ist.
Dieser Satz macht irgendwie keinen Sinn für mich. Meiner Meinung nach wäre der bessere Ansatz, festzuhalten, dass es Unendlich nicht gibt, und dann wäre Unendlich das Ende der Fahnenstange dann und nur dann wenn es dieses Ende der Fahnenstange auch gibt.

A = 2x³ → ∞
B = x⁴ → ∞
A/B = 2/x → 0 ... und selbst diese Null ist nicht wie jede Null. Nimm sie x Mal und Du erhältst 2 als Grenzwert.
Im Allgemeinen nein. Auch hier muss man beweisen, dass man diese Funktionen zu 0 stetig fortsetzen kann. Dann und nur dann darf man das x herauskürzen !

Natürlich sind A und B im Unendlichen immer noch verschieden und wohldefiniert. Aus dem Zusammenhang gerissen gibt es dafür dann nur noch das einheitliche Symbol ∞.
Warum um Himmels Willen willst Du A und B im Unendlichen kürzen ? Es ist schon schlimm genug, wenn man versucht, das bei 0 zu machen.

Verstehe mich bitte nicht falsch: ich will ganz gewiss Deine Fantasie nicht stoppen, aber gerade bei Unendlichkeiten kann man offensichtlich unsinnige Resultate herleiten, wenn man da nicht extrem aufpasst.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Rainer

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Du hättest daraus lernen sollen, dahingehen, dass es enorm wichtig ist, bei solchen Fragestellungen grösste Vorsicht walten zu lassen. Es ist keine Schande, festzustellen, dass ein Ausdruck nicht definiert ist.
Das Problem war, dass die Formeln in Zähler wie Nenner extrem unübersichtlich waren, und im Zähler Null herauskam, bis ich endlich merkte, dass dies auch in genau gleicher Weise für den Nenner galt.
Das gilt nur, wenn man beweisen kann, dass sich dieser Quotient auf 0 stetig fortsetzen lässt.
Was im gegebenen Beispiel offensichtlich ist.
Im Allgemeinen nein. Auch hier muss man beweisen, dass man diese Funktionen zu 0 stetig fortsetzen kann. Dann und nur dann darf man das x herauskürzen !
Was im gegebenen Beispiel offensichtlich ist.
Verstehe mich bitte nicht falsch: ich will ganz gewiss Deine Fantasie nicht stoppen, aber gerade bei Unendlichkeiten kann man offensichtlich unsinnige Resultate herleiten, wenn man da nicht extrem aufpasst.
Nicht umsonst ist das "verboten".
DAS ist aber nicht der Punkt, SONDERN dass es nicht immer verboten ist: "Dann und nur dann darf man"
 
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ralfkannenberg

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Konkret zu meinem Fall:
0,1 < $(e)/$(π) < 10
Hallo Rainer,

ich fürchte, das ist falsch. Es mag intuitiv so sein, aber wenn Du versuchst, das zu beweisen, wird es Probleme geben, weil Du sowohl in e als auch in π beliebig lange 0-Sequenzen haben kannst. Und leider auch unendlich viele von denen.

Du findest also immer eine Teilfolge, wo das Resultat falsch ist. Konvergenz hast Du aber nur, wenn die Folge auch für alle Teilfolgen konvergiert.

Diese Gleichug ist nicht deswegen falsch, weil sie "falsch" wäre, sondern weil Du sie nicht definieren kannst: es gibt keine unendlichste Nachkommastelle, d.h. für jede Nachkommastelle beider Zahlen findest Du wieder eine Nullsequenz beliebiger Länge.

Aber ja - intuitiv ist das ja schon so, aber ich sehe nicht, wie man das beweisen könnte, denn die Ausdrücke, die man für einen Beweis benötigt, kann man nicht definieren.


Vielleicht kann man hier etwas mit Masstheorie machen, vielleicht auch mit diesen p-adischen Zahlen. Das weiss ich nicht.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

TomS

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Meiner Meinung nach muss man sich erst mal auf eine allgemeinverständliche Notation einigen.

Nehmen wir eine Potenzreihe

{\displaystyle \sum _{n=0}^{\infty }a_{n}x^{n}=a_{0}+a_{1}x+a_{2}x^{2}+\dots .}


Für x = 1/10 und 0 ≤ an ≤ 9 führt das exakt auf die Dezimaldarstellung.

Nun kann man gerne andere Werte für x einsetzen, z.B. auch x > 1, und schauen, was man damit machen kann ...
 

ralfkannenberg

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das ist mir auch aufgefallen :cry:
Ich habe vergessen, das hinzuzuschreiben.
Ich wollte hier die geringe Chance 1/10 für Nullen einführen.
Hallo Rainer,

wie gesagt, intuitiv hast Du natürlich recht. Denn irgendwann nach diesen langen 0-er Sequenzen muss ja wieder eine von 0 verschiedene Ziffer kommen, denn ansonsten wäre die Zahl ja rational.

Nur: diese 0-Sequenzen in beiden Zahlen könnten irgendwie regelmässig "parallel" vorkommen; das ist natürlich sehr unwahrscheinlich, nur wird man es nicht beweisen können.

Und man wird wohl auch Zahlen A und B definieren können, die höchstwahrscheinlich transzendent sind (auch hier ohne dass man das beweisen kann) und bei denen diese 0-Sequenzen so angeordnet sind, dass sie uns den Beweis ruinieren.

Ja vermutlich geht es sogar einfacher - nimm einfach die Liouville'sche Zahl als A und das 10^n-fache von ihr als B', füge noch irgendwo im Endlichen eine 1 zu, so dass man diese beiden Zahlen nicht einfach zu 10^n dividieren kann - damit hast Du dann B, und wende darauf Dein Resultat 0.1<$(A)/$(B)<10 an.

klingt vernünftig
Das kann man beweisen, allerdings für den Fall der Konvergenz. Wie das bei Divergenzen aussieht weiss ich nicht, da - einmal mehr - das alles nicht definiert ist.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Rainer

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füge noch irgendwo im Endlichen eine 1 zu, so dass man diese beiden Zahlen nicht einfach zu 10^n dividieren kann
DAS würde aber zu meiner Ungleichung führen.
Achso "irgendwo", da genügt ja +1
Nur: diese 0-Sequenzen in beiden Zahlen könnten irgendwie regelmässig "parallel" vorkommen; das ist natürlich sehr unwahrscheinlich, nur wird man es nicht beweisen können.
Das wäre eigentlich unschädlich, da ja nur die führende Ziffer maßgeblich ist.
Denn irgendwann nach diesen langen 0-er Sequenzen muss ja wieder eine von 0 verschiedene Ziffer kommen, denn ansonsten wäre die Zahl ja rational.
Das war am Ende mein Hintergedanken.
 

TomS

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Bei mir ist x→ d=10 ("Dimension" der Dezimalzahlen), der Exponent muss zwischen Vorkomma- und Nachkommastellen unterscheiden, dann hat man eben jeweils zwei Glieder.
Σ(a·dⁿ+b·d⁻ⁿ)
Die Summe läuft einfach nicht über n > 0 sondern über alle ganzen Zahlen (wiederum z = d = 10)

{\displaystyle f(z)=g(z)+h\left({\frac {1}{z}}\right)=\sum _{n=0}^{\infty }a_{n}z^{n}+\sum _{n=1}^{\infty }b_{n}z^{-n}=\sum _{n=-\infty }^{\infty }a_{n}z^{n}}


Die Summe für n > 0 ist undefiniert; es ist sinnlos, über ihre Eigenschaften zu reden. Du musst irgendeine mathematische Prozedur einführen, die dem Ding Sinn verleiht.
 

ralfkannenberg

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Hallo Rainer,

mal eine Frage: Deine $(x)-Funktion ist ja nicht wirklich definiert, aber $_n(x) ist definiert, indem wir einfach n-mal diesen Prozess wiederholen.

Sei π = 3.14159265..., dann wären:

$_1(π)=1.3
$_2(π)=41.3
$_3(π)=141.3
$_4(π)=5141.3
$_5(π)=95141.3

u.s.w.

Statt nun die Vorkommazahlen endlos aufzublähen und Dich ins Reich der Willkür zu begeben könntest Du eine Funktion $' definieren (soll jetzt nicht die 1.Ableitung sein) mit $'_n(x)/10^n; dann ist alles wohldefiniert und Du kannst Deine Quotienten ebenfalls bilden - die beiden 10^n kürzen sich ja gegenseitig heraus.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

TomS

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Also

$_1(π)=0.13
$_2(π)=0.413
$_3(π)=0.1413
$_4(π)=0.51413
$_5(π)=0.951413

Damit kann man schön zählen.

Offensichtlich ist 0 < $n(π) < 1. Und offensichtlich (?) konvergiert $n(π) nicht.
 

ralfkannenberg

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Offensichtlich ist 0 < $n(π) < 1. Und offensichtlich (?) konvergiert $n(π) nicht.
Hallo Tom,

sowas muss ja für alle Zahlen x gelten, also auch für x=0.90909090...

$'_1(x)=0.9
$'_2(x)=0.09
$'_3(x)=0.909
$'_4(x)=0.0909
$'_5(x)=0.90909

Das pendelt zwischen 0.0nnn und 0.9nnn und konvergiert sicher nicht.

Ok, x ist nicht transzendent, aber bitte sehr: man nehme die Liouville'sche Zahl und ersetze jede zweite 1 durch eine 9. Nennen wir diese Zahl y. Dann haben wir dieselbe Situation und $'_n( y ) konvergiert nicht.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

TomS

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Ob das konvergiert oder nicht, hängt von der speziellen Zahl ab; 0.1, 0.11, 0.111 … konvergiert.
 

ralfkannenberg

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Ob das konvergiert oder nicht, hängt von der speziellen Zahl ab; 0.1, 0.11, 0.111 … konvergiert.
Hallo Tom,

ja natürlich, die Frage (für mich) war, ob es immer konvergiert. Und dem ist nicht so. Bei $'_n(π) wird das etwas mühsam sein, das zu beweisen (wenn das denn überhaupt gelingt), aber es gibt Zahlen, bei denen es definitiv nicht konvergiert, und natürlich Zahlen, bei denen es konvergiert.


Freundliche Grüsse, Ralf
 
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