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数学 / 康托尔集合论论文选 / 多项式也可以分层

代数数可数性

康托尔先把整系数多项式按次数和系数大小分层,再利用每个非零多项式只有有限多个根。

定义 3

代数数 是某个非零整系数多项式的根。

All algebraic real numbers form a countable set.

所有实代数数构成一个可数集合。

证明的关键是两层有限性:固定复杂度的整系数多项式只有有限多个;每个多项式的实根也只有有限多个。有限层层相加,就得到可数列举。

为什么 x^2 - 2 和 3x - 1 会出现在某个有限层里?

给多项式定义一个高度,例如次数加系数绝对值总和。每个具体多项式高度有限,因此一定在某一层出现;每层只含有限多个整系数多项式。

分步证明Step-by-step proof
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  1. 给整系数多项式规定一个高度,例如次数与系数绝对值总和。

  2. 固定高度时,可能的多项式只有有限多个。

  3. 每个非零 n 次多项式最多有 n 个实根。

  4. 把所有层依次列出,收集根并跳过重复项,实代数数可数。

与戴德金切割 dedekind-cuts/overview、希尔伯特公理化 hilbert-grundlagen/overview、基础危机专题 math-meta/topic-foundations-crisis 和公理化运动专题 math-meta/topic-axiomatic-movement-deepening 对读。