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主题:【原创】芝诺悖论--兔子为什么永远也追不上乌龟 -- 思想的行者

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家园 【原创】芝诺悖论--兔子为什么永远也追不上乌龟

芝诺认为:兔子永远也赶不上乌龟,只要兔子在乌龟的后面跑,不管兔子的速度比乌龟快多少就是无法赶上

他的理由是:

假定兔子的速度是乌龟速度的10倍,乌龟在兔子的前面的10米开始两者同时起跑

那么

当兔子追上被乌龟领先的10米的时候,乌龟已经往前跑了1米了

当兔子追上被乌龟领先的1米的时候,乌龟已经往前跑了0.1米了

当兔子追上被乌龟领先的0.1米的时候,乌龟已经往前跑了0.01米了

当兔子追上被乌龟领先的0.01米的时候,乌龟又已经往前跑了0.001米了

......

这是一个可以无限持续下去的过程,所以芝诺认为兔子永远也追不上乌龟

这个悖论的逻辑扭结点何在呢?

其实说起来也很简单,芝诺把一个数或者一个过程的无限可分,与一个数或者一个过程的无限性给混淆起来了

所谓数的无限可分,1这个自然数可以被无限划分为无穷多个无穷小的数的和,但是1显然不是无限大的

换句话说,无穷多个数的和并不一定是无穷大的,这就涉及到了微积分学上的最基础的概念之一---无穷级数的收敛和发散

微积分认为,一个由无穷多个项构成的无穷级数,它的和可以是有界的数,也可能是一个无穷大的数,如果是前者,那么认为该无穷级数是收敛的,否则认为该级数是发散的,这是微积分的必学课程之一

实际上,兔子追赶乌龟的每个阶段所花费的时间就构成为一个无穷级数,而这个无穷级数是收敛的

为了方便起见,我们假定兔子的速度是美秒10米

那么,根据芝诺的叙述

追赶乌龟领先的10米,兔子花费了1秒钟

追赶乌龟领先的1米兔子花费了0.1秒钟

追赶乌龟领先的0.1米,兔子花费了0.01秒钟

追赶乌龟领先的0.01米,兔子花费了0.001秒钟

.....

可以知道兔子追赶乌龟的总时间为一个无穷级数的和

1+0.1+0.01+0.001+0.0001+0.00001.....

我们知道这个级数是收敛的,收敛于1+1/9,即兔子需要花费1+1/9秒的时间就能够追赶上乌龟

用微积分的级数收敛概念就可以很好的解释芝诺悖论


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