Ich versuche es mal. Die mathematische Definition von abzählbar ist denkbar einfach, aber wie ich denke in der eigentlichen Tragweite nicht wirklich verständlich. Abzählbar ist eine Menge dann, wenn ich ein Schema finde, indem ich die Menge plausibel aufzählen kann, und keine vergesse. Mehrfachnennungen machen keine Probleme.
Beispiel hierzu:
Die natürlichen Zahlen: {0, 1, 2, 3, 4, ...} Es ist klar, dass jeder diese Pünktchen sinnvoll weiter führen kann und dass keine Zahl dabei ausgelassen wird.
komplizierteres Beispiel: {0, 1, -1, 2, -2, 3, -3, ...} Klar worauf das hinausläuft, wir haben hier die negativen Zahlen noch mit im Sack, also ist dies die Menge der ganzen Zahlen. Klar kann auch hier jeder die Pünktchen weiterführen, klar auch, dass jede ganze Zahl genannt wird. Beweis dazu, nehmen wir eine beliebige positive Zahl n, so ist die sicherlich an einer „geraden Stelle” zu finden und zwar an der Stelle 2n. -n befindet sich dann an der Stelle 2n+1. Sonderfall 0? nun, an erster Stelle, fertig, keine Zahl wurde ausgelassen. Also ist die Menge Z der ganzen Zahlen abzählbar.
So, jetzt aber mal ein Sprung: Q (also die Menge der rationalen Zahlen, sprich die Menge der Brüche.) Hier ist das dann nicht mehr ganz so einfach.
0/1 0/2 0/3 0/4 ...
1/1 1/2 1/3 1/4 ...
2/1 2/2 2/3 2/4 ...
3/1 3/2 3/3 3/4 ...
4/1 4/2 4/3 4/4 ...
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So kann ich die Brüche aufzählen. Wenn ich mich jetzt Diagonal durchhangel in folgender Weise: {0/1, 1/1, 0/2, 2/1, 1/2, 0/3, 3/1, 2/2, 1/3, 0/4, ...} Dann kommen zuerst die Brüche mit der Summe (Zähler plus Nenner) = 1 dann Summe = 2 dann Summe =3 und so weiter, und zwar jeweils alle möglichen mit dieser Summe nacheinander. Wenn ich also einen Bruch n/m betrachte, dann hat der die Summe n+m, die wird irgendwann einmal abgehandelt werden in meiner Aufzählung, also wird dort dann auch n/m einmal genannt. Hier habe ich in jedem Fall doppelte mit drin: 1/1, 2/2, 3/3, ... sind nach dem Kürzen ja alle 1/1 also gleich 1. Naja, also das Schema ist laut der Pünktchen weiterzuvervollständigen, schon ein bisschen komplizierter klar, aber es geht, keiner wird ausgelassen. Jetzt nehmen wir noch die negativen Brüche auf die gleiche Weise wie oben mit N und Z mit ins Boot und haben damit dann als Erfolg: Die Menge Q der Brüche ist abzählbar.
Jetzt machen Mathematiker das, was Mathematiker immer machen: Ist die Vereinigung zweier abzählbarer Mengen wieder abzählbar? Klar, das haben wir mit den Negativen Zahlen ja gerade gemacht, kein Problem.
Ist eine (und da fängt dann hoffentlich endlich das Gehirn an zu qualmen) abzählbare Vereinigung von abzählbaren Mengen wieder abzählbar?
Menge 1: a aa aaa aaaa ...
Menge 2: b bb bbb bbbb ...
Menge 3: c cc ccc cccc ...
Menge 4: d dd ddd dddd ...
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Naja, das haben wir ja bei Q mit einem Diagonalschema geschafft. Wird also auch funktionieren.
Ein Fall ist mir noch durch die Lappen gegangen, grinsend muss ich da natürlich eingestehen, dass Mathematiker sehr gerne jede Menge von Fällen zu einem Fall zusammen fassen, das wird an diesem Beispiel mal wieder deutlich: Jede endliche Mengen, ist abzählbar. (Es gibt nämlich sehr viele endliche Mengen, zumindest mal überabzählbar viele endliche Mengen)
Überabzählbar ist jetzt zwar recht einfach zu erklären, ein Gefühl kann man dafür aber immer noch nicht so richtig entwickeln. Die überabzählbaren Mengen, sind nun die, die nicht mehr abzählbar sind.
Beispiele:
R, die Menge der Reellen Zahlen
C, die Menge der Komplexen Zahlen
das offene Intervall (0,1) als Teilmenge der reellen Zahlen.
Naja, und eigentlich jede Menge, in der ein Teil der reellen Zahlen irgendwie als Intervall vorkommt. Wie zum Beispiel die Winkel [0,360).
Könnte ich noch den Beweis skizzieren, dass (0,1) überabzählbar ist:
Angenommen jetzt einmal, (0,1) ist nicht überabzählbar, dann können wir also die Zahlen aus (0,1) nacheinander nennen, heißt aufschreiben. [Oder, (0,1) ist überabzählbar, dann kann man eine solche Aufzählung natürlich nicht finden.]Also, angenommen es ist abzählbar, dann können wir die Zahlen aus (0,1) auch aufzählen, fangen wir mal an:
0,12648254...
0,24626354...
0,78935273...
0,66302663...
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ok, machen wir uns um die Pünktchen keine Sorgen, das soll ja nur ein Beispiel für eine dieser möglichen Aufzählungen sein. Was ich jetzt brauche ist eine Zahl, die in (0,1) liegt, und mit Sicherheit nicht in meiner Aufzählung hier auftaucht. Dann habe ich einen Widerspruch gefunden, was dazu führt, dass ich meine Annahme (die, dass (0,1) abzählbar ist) nicht halten kann, womit [der „oder”-Fall eintritt, oben auch in eckigen Klammern und] (0,1) dann überabzählbar wäre.
Unser Ziel ist also klar, es folgt nun die Konstruktion dieser Zahl:
Beginnen muss unsere Zahl mit einer 0, klar. Wir wollen aber, dass sie nicht gleich unserer ersten Zahl ist, nehmen wir also die erste Ziffer der ersten Zahl und addieren eins auf: die erste Zahl hier ist 0,12648254..., lassen wir unsere Zahl also mit 0,2 beginnen. Sie soll auch nicht gleich unserer zweiten Zahl sein, also nehmen wir die zweite Ziffer von der zweiten Zahl und addieren eins drauf, die zweite Zahl ist 0,24626354…also steht hier nun eine 4 an zweiter Stelle, bekommt unsere Zahl damit dann eine 5, beginnt also mit 0,25. So Prinzip klar, das ganze hat nur einen Schwachpunkt, was ist, wenn eine neun auftaucht? Nun, dann nehmen wir statt der neun plus eins gleich zehn einfach die null, welche ja sonst nie in unserer Zahl vorkäme. Unsere Zahl sieht jetzt so aus: 0,2501…Das ist natürlich eine gültige Darstellung für eine Reelle Zahl aus (0,1). Auf Grund der Konstruktion dieser Zahl ist sie aber nicht in der Aufzählung drin. Da haben wir unseren Widerspruch.
Ok, jetzt kommt nach ein wenig Rumgedenke in der Regel immer das folgende Argument: Naja, ich hatte ja vorher eine Auzählung von meinen Zahlen, dann stelle ich die, die ich gerade konstruiert habe einfach an den Anfang, zähle die restlichen auf, und schon habe ich dann ja wieder alle. Nun folgt dann die Argumentation des Mathematikers, dass der Zweifler ja nun mit der neuen Aufzählung wieder ebenso verfahren kann, und wieder eine Zahl finden wird, die nicht drin ist...
Der Zweifler hängt diese vorn an
Der Mathematiker findet eine neue
und so weiter
Da der Zweifler aber ganz offensichtlich niemals zum Ende kommen wird, hat der Mathematiker Recht, wenn er sagt, die Menge ist überabzählbar.
So, jetzt noch ein etwas hinkender Vergleich, genauso, wie der Schritt von der Endlichkeit in die Unendlichkeit, ist der Schritt vom Abzählbaren ins Überabzählbare. Es ist jeweils vom einen ins andere ein unvorstellbarer Zugewinn von Objekten. Wobei man beweisen kann, dass der Zugewinn beim Schritt vom Abzählbaren zum Überabzählbaren dann doch nicht so gewaltig ist, wie der vom Endlichen ins Unendliche, aber die Vorstellung ist trotzdem nicht so schlecht, weil viele Eigenschaften dieses Übergangs gleich sind.
[ Bezug ]