阿基里斯悖论

古希腊哲学家芝诺,如图所示,提出了一个著名的悖论,就是本节要介绍的阿基里斯悖论。这个困扰数学家、哲学家多年的悖论,终于可以用数列的极限来解决了。

古希腊哲学家芝诺,盛年约在公元前464-前461年

1 阿基里斯悖论

在希腊传说中,阿基里斯是跑得最快的人。一天他正在散步,忽然发现在他前面 9 米远的地方有一只大乌龟正在慢慢地向前爬。

  • 乌龟说:“阿基里斯! 谁说你跑得最快?你连我都追不上!”
  • 阿基里斯回答说:“胡说!我的速度比你快何止百倍!就算是你的 10 倍,我也马上就可以超过你!”
  • 乌龟说:“就照你说的,我们来试一试吧!当你跑到我现在这个地方,我已经向前爬了 0.9 米。当你再向前跑过 0.9 米时,我又爬到前面去了。每次你追到我刚刚经过的地方,我都又向前爬了一段距离。你只能离我越来越近,却永远也追不上我!”。
  • 阿基里斯说:“哎呀!我明明知道能追上你,可你说的好像也有道理,这是怎么回事呢? ”

阿基里斯悖论可以如下图来表示。

阿基里斯悖论

2 阿基里斯悖论的解决

不妨令阿基里斯步行的速度为,乌龟爬行的速度为,并且在比赛之前,阿基里斯让乌龟先爬。在这种条件下,

  • 阿基里斯到达乌龟所在的第一个位置所需时间为,此时乌龟又爬了,计算过程如下:

  • 阿基里斯到达第二个位置要所需时间为,而乌龟又爬了,计算过程如下:

  • 阿基里斯到达第三个位置所需时间为:

上述过程如下图所示。

阿基里斯到达各个位置的时间

这些数字按其先后,可以构成如下

根据柯西的数列极限,容易知道:

所以,之后就可以追上的。

3 诡辩

如果看了上面的数学分析还不太理解,这里可以再解释一下。在这里,乌龟将有限长的距离切为无限份,然后说这无限份的距离需要无限的时间才能通过,也就是永远追不上。实际上就是将“有限长的距离”偷换为了“无限份的距离”,所以说乌龟在诡辩。

关注马同学
马同学高等数学
微信公众号:matongxue314