数学为什么不能除以零( 二 )


大三篇
你可能会提出反对:有那么多的定义方式,我都试过?要是没试过,我怎么知道不会某一天冒出来一个能够自洽的办法?
“新发现推翻旧结论”这种事情,在生物里可以有,化学里可以有,物理里可以有,唯独数学里没有 。因为数学建立在逻辑上,个案有例外,逻辑没有例外 。当然我们的数学还没有完成最终公理化,还要面对哥德尔的幽灵,但至少在这个例子里,如果w是一个真正的数,那它就违反了一些非常重要的公理,而这些公理的地位可是非常之深 。
比如有一组基本的公理叫“皮亚诺公理”,其中有一条说,每一个确定的自然数都有一个确定的后继,后继也是自然数;另一条说,自然数b=c,当且仅当b的后继=c的后继 。
那w是谁的后继呢——或者说,谁加上1能得到w呢?显然所有其他的数字都已经有了自己的后继,w在其中没有位置,没有任何其他的数加上1能成为w 。那么就只能是1+w=w了,可那就直接和第二句话矛盾 。而没有皮亚诺公理,整个自然数的体系都不能成立 。
这里假定w是自然数 。其他情况会略微复杂一些,但无论如何,类似的事情发生在w的各种定义里 。如果你想把w当成一个数,那就没法和我们现有的实数兼容 。所以我们在几乎所有场合下都只能宣布,不能除以0 。
大四以上篇
既然我们之前说了个“几乎”,那就是有例外的——在个别奇葩场合下,可以 。
比如有一个东西叫做“复无穷”,它是扩充复平面上的一个点,真的是有定义的一个点 。在这个特殊的规则下你可以写下 1 / 0 = ∞ 这样一个表达式 。这么做的原因就说来话长了,但它不是平常意义上的运算——比如你不能把0拿回来,不能写 1 = 0 * ∞ 。
另外,“无穷”二字在一些别的场合下是可以当成一个“东西”去对待的 。比如当你衡量一个集合的大小的时候,它可以是无穷大的 。但这就有很多种不同的无穷大了——自然数是无穷多的,有理数是无穷多的,实数也是无穷多的,可是奇数和偶数和正整数和负整数和自然数和有理数都一样多,而实数却比它们都多!同样是无穷,有的无穷比别的无穷更无穷 。但这就是另一个话题了,打住 。
总结篇
所以,当我们说不能除以零的时候,理由……竟然出乎意料地充足 。有许多直觉在数学里被推翻了,但是这一条没有 。我们有种种数学上的方式去证明它无法成立的原因,虽然也许听起来不如Siri的回答那么心暖(或者心寒),但这些理性的愉悦也是一种美丽,对吧?