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站在一个无穷大的围棋/五子棋盘上的任意格点上,能够看到的格点都放上黑棋,黑棋占格点比例多少?

2018-05-09体育

这个问题现在有两种相互矛盾的答案: 6/\pi^2 和 0。

6/\pi^2 应该是本题的「标准答案」,它有许多种并不容易的计算方法,此处不再赘述。但是,所有这些方法都依赖于这样一个假设:要求黑棋在整个无穷大平面上的比例,可以先在有限的范围(通常是以原点为中心的正方形)内统计,然后取范围趋于无穷大时的极限。

而 0 则是这样得出的:任取一条从原点出发、斜率为有理数的射线,它会经过无穷颗棋子,其中第一颗是黑棋,此后都是白棋,于是这条射线上黑棋的比例为 0。既然任意一条射线上黑棋的比例都是 0,那么整个平面上黑棋的比例当然也是 0。

为什么会出现这样的矛盾呢?

其实,这个矛盾的背后是一个更一般的问题: 如何定义一个无穷集合 S 的一个子集 A 在 S 中的比例?

我们来看一个更简单的例题:在正整数中,奇数所占的比例是多少?

你一定说是 1/2,对不对?然而我用如下的方法,可以算出 0:

把正整数集合 S 划分成如下集合的并集: