书城自然科学必谈的数学趣闻
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第17章 怎样把有理数排队编号

正整数、负整数和零、一切整数,都可以排队编号,我们已经知道了。

那么,有理数是不是也能排队编号呢?

有理数要排队编号,比起整数来,要复杂得多。因为整数排队,可以按它们的绝对值的大小来分别前后。而有理数呢,就不同了。譬如在相邻的两个自然数2与3之间,就有无限多个有理数。如果仍旧按它们的绝对值大小来排队,是编不出号码的。

能不能想办法把有理数排队编号呢?

也有办法。下面就作一个介绍。

先看一看下面这个表:

1234567……

12223242526272……

13233343536373……

14243444546474……

从上面这个表,可以看出,第一行是自然数,就是分母是1,分子是自然数由小到大的分数;第二行分母是2,分子是自然数由小到大的分数;第三行以下可以依次类推。行数是无限的。这样一个表,就可以包括所有的正有理数了。

现在就可以把这个表上的所有的数排队编号了。排队编号的方法是按照下列的路线:

先从1起,向右到2,然后向左下斜行到12,再向下到13,再向右上斜行过22到3,又向右到4,又向左下斜行……

这样,可以经过所有表上的有理数,一个也不会漏掉。但是,这里有些有理数是重复的。如1和22,33……,实际上都是1;12,24,36,……等等也是重复的,实际上都是12.所以,在这个排列的表中,要把出现重复的地方去掉。这样得到的是:1,2,12,13,3,4,32,23,14,15,5……这里,13和3之间的22去掉了。15和5之间的24,33,42都去掉了。这样,正有理数的排队就解决了。排队排好,编号就不成问题了。1是1号,2是2号,12是3号,13是4号,3是5号等等。

如果要把所有有理数包括正的、负的和零一起排呢?你就可以自己解决了。

你不要以为这样的排队编号,是一种消遣性质的数学游戏。在数学里,象自然数、整数、有理数这类可以把所有的数排队编号的集合,叫做“可数集合”。另一方面,象实数(包括有理数和无理数)、复数(包括实数和虚数)这样的数的集合,就不能把所有有关的数排队编号,这样的集合,叫做“不可数集合”。可数集合和不可数集合的性质和规律是有所不同的。