除数不能为0的真正原因-数学公理体系自洽性的需求

东方欲晓

<h3>几乎所有人都知道0是不能作为除数的,0作为除数的答案是未定义的(注意,有些人想当然的理解0作为除数时,答案是无穷大。这是错误的。无穷大至少属于一个结果,但是,0作为除数时,值是未定义的,也即在数学上禁止这种运算。所以这和答案是无穷大完全两码事)。但是,究竟这是为什么那? 有人说,除以0没有“意义”。把一个东西,分成0份,啥意思?所以,就不允许这种运算。 这是不对的。 数学永远只是数学,是科学的科学。 数学仅仅是数学家定义出来的一组规定而已,是数学家的工具。它即可以和真实世界的“意义”相联系,但也完全可以不联系,也就是没有“意义”。比如,(-1) × (-1) = 1 当初仅仅是基于数域扩展而得,绝非是先有什么实际“意义”。更甚者,负指数,小数指数,无理数指数,复数指数,这些的“意义”当初又在哪?再如,普通实数的阶乘。 当初这一切发明的时候,数学家可压根没考虑所谓的老百姓能理解的“意义” 那数学家考虑的是什么? 其中之一就是自洽性。 而0不能作为除数的核心是,不管你怎么强制定义它的结果,如果允许这种运算,就会导致不自洽。 自洽性是什么含义? 通俗的说,就是要和谐,不要有矛盾。 如果不自洽,那么利用已有的公理和正确的定理,你会推导出自相矛盾的结果。这样的话,这个理论体系就完蛋了,没人敢用。 好了,现在来看看为何0作为除数会导致不自洽,也就是导致数学的自相矛盾。 1. 首先来看 非0数除以0, 比如 3 ÷ 0 此时,如果我们强制规定一个结果给它(忽略真实的“意义”。数学可以在真实世界中没有对应的“意义”), 假设结果是A。 A是一个具体的数。 那么,根据自然数公理体系,乘法和除法是逆运算, 也就是 A × 0 = 3 但是,在自然数公理体系中,任何数乘以0都等于0, 所以 A × 0 = 0 很明显,这里出现了矛盾, 也就是不自洽了。 所以,非0数除以0这个运算是未定义的,也就是不允许的。 2. 我们再来看 0 除以0, 0 ÷ 0 同样,假设我们强制规定一个结果给它,假设结果是B。 B是一个具体的数。 那么,根据自然数公理体系,乘法和除法是逆运算, 也就是 B × 0 = 0 其实,这样的B是存在无穷多个的,也就是不唯一。 当然,我们可以强制选择其中之一来唯一的定义它的结果,只要不矛盾即可。 比如,我们定义这里的B是1. 那么 B × 0 就是1 × 0 = 0 , ok呀 别高兴的太早,我们来看看下面的推导: 3 × 0 = 2 × 0 ----》 3 × 0 ÷ 0 = 2 × 0 ÷ 0 -----》3 × (0÷0)= 2 ×(0÷0)----》3 = 2 看到了没有,一旦我们定义/允许了 0 ÷ 0 这个运算,就会非常简单的推导出上面的 3 = 2 这个 “悖论”。 也就是,0 ÷ 0 这个运算会导致不自洽。<br></h3>

除数

不自洽

运算

数学

公理

自洽性

就是

结果

意义

未定义