Rozszerzenie tematu nieskończoności i ciągów geometrycznych. Usuwając wciąż środkową ⅓ odcinka, w granicy zostaje zbiór o łącznej długości 0 ((2/3)^n → 0), a mimo to nieprzeliczalnie liczny (tyle punktów co cały odcinek). Jeden z pierwszych fraktali, opisany przez Georga Cantora w 1883 r.
Co się właśnie stało?
Zacząłeś od odcinka . W każdej iteracji z każdego odcinka usuwasz otwartą środkową trzecią (na starcie przedział ) — zostają dwa odcinki po długości. Powtarzasz to w nieskończoność. Z pełnego paska robi się coraz drobniejszy „pył" punktów (szara kreska to pełny odcinek startowy, z którego znikają środki).
Długość maleje geometrycznie do zera:
Skoro z każdego odcinka zostają dwa o łącznej długości poprzedniej, to długość mnoży się przez co iterację. Iloraz , więc ciąg jest zbieżny do zera — po nieskończenie wielu krokach „długości" nie zostaje nic, choć liczba odcinków rośnie jak .
Paradoks: długość 0, a punktów nieprzeliczalnie wiele
A jednak zbiór Cantora nie jest pusty — zawiera nieprzeliczalnie wiele punktów, dokładnie tyle samo co cały odcinek (ma moc continuum). To punkty, które w rozwinięciu trójkowym można zapisać bez użycia cyfry 1. Mamy więc zbiór o długości (mierze) zero, ale równolicznej z całym odcinkiem — paradoks spinający teorię miary z teorią mnogości Cantora.
Samopodobieństwo i wymiar fraktalny:
Każda z 2 połówek to pomniejszona kopia całości (skala 1/3) — zbiór jest samopodobny. Jego wymiar fraktalny wynosi — leży między punktem (0) a linią (1): struktura jest „więcej niż zbiorem punktów, mniej niż odcinkiem".
Kto to odkrył?
Niemiecki matematyk Georg Cantor (1845–1918) opisał ten zbiór w 1883 r. Był twórcą teorii mnogości i pojęcia różnych „rozmiarów" nieskończoności (liczb kardynalnych). Zbiór Cantora to jeden z pierwszych i najsłynniejszych fraktali — a zarazem klasyczny przykład, jak zawodna bywa intuicja przy nieskończoności.
Po co Ci to na maturze:
To modelowy przykład ciągu geometrycznego zbieżnego do zera (, ) obok ciągu rozbieżnego (). Łączy granice ciągów, potęgi i geometrię fraktalną — i uczy ostrożności: „długość 0" nie znaczy „pusto".
Zapamiętaj: długość zbioru Cantora maleje ×2/3 co iterację i dąży do zera (), a mimo to zostaje w nim nieprzeliczalnie wiele punktów. Znikająca długość, nieprzeliczalne bogactwo.
Zbiór o łącznej długości 0, ale zawierający nieprzeliczalnie wiele punktów — tyle samo co cały odcinek [0,1].
Z odcinka [0,1] usuwamy środkową trzecią, potem z każdego pozostałego odcinka znów środkową trzecią — w nieskończoność.
Bo ma miarę (długość) zero, a jednocześnie moc continuum — łączy teorię miary z teorią mnogości.
Powiązane eksperymenty