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2026年度秋学期 応用数学(解析) 第1部・「無限」の理解 / 第2回 無限にも大小がある ...
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Akira Asano
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September 23, 2026
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2026年度秋学期 応用数学(解析) 第1部・「無限」の理解 / 第2回 無限にも大小がある (2026. 10. 2)
関西大学総合情報学部 応用数学(解析)(担当・浅野晃)
http://racco.mikeneko.jp/Kougi/2026a/AMA/
Akira Asano
PRO
September 23, 2026
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Transcript
2026年度秋学期 応用数学(解析) 第1部・「無限」の理解 / 第2回 無限にも大小がある 関西大学総合情報学部 浅野 晃
無限とは,「モノ」ではなく「コト」 🤔🤔
「∞」という数字があるのか 「∞」という数字はありません 無限とは 「無限」という「モノ」があるのではなく 「無限であるコト」 数学では, 「コト」ではなく「モノ」のほうが扱いやすい。 「無限」を具体的な数字で扱うには? 2026年度秋学期 応用数学(解析)
/ 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 23
「数えられる」無限 1, 2, 3, … そして,「無限」 自然数とは,数えるための数字 自然数の集合と同じ無限を 「数えられる無限」すなわち[可算無限]という その「個数」は[可算基数]
ℵ0 (アレフゼロ) (よく「可算無限個」という) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 4 23
「数えられる」無限 1, 2, 3, … そして,「無限」 自然数とは,数えるための数字 ? 自然数の集合と同じ無限を 「数えられる無限」すなわち[可算無限]という
その「個数」は[可算基数] ℵ0 (アレフゼロ) (よく「可算無限個」という) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 4 23
どうやって数えるのか 自然数と対応がつく集合は数えられる 自然数 1, 2, 3, … 集合A = {a,
b, c, …} 過不足なく1対1対応がつく ([全単射]が存在する)なら この集合の[基数]([濃度])は ℵ0 [可算無限集合]という 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 23
どうやって数えるのか 自然数と対応がつく集合は数えられる 自然数 1, 2, 3, … 集合A = {a,
b, c, …} 過不足なく1対1対応がつく ([全単射]が存在する)なら この集合の[基数]([濃度])は ℵ0 [可算無限集合]という 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 23
どうやって数えるのか 自然数と対応がつく集合は数えられる 自然数 1, 2, 3, … 集合A = {a,
b, c, …} 過不足なく1対1対応がつく ([全単射]が存在する)なら この集合の[基数]([濃度])は ℵ0 [可算無限集合]という 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 23
どうやって数えるのか 自然数と対応がつく集合は数えられる 自然数 1, 2, 3, … 集合A = {a,
b, c, …} 過不足なく1対1対応がつく ([全単射]が存在する)なら この集合の[基数]([濃度])は ℵ0 [可算無限集合]という 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 23
どうやって数えるのか 自然数と対応がつく集合は数えられる 自然数 1, 2, 3, … 集合A = {a,
b, c, …} 過不足なく1対1対応がつく ([全単射]が存在する)なら この集合の[基数]([濃度])は ℵ0 [可算無限集合]という 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 23
「全単射」について 集合の要素間の対応関係について 集合X 集合Y … … [全単射](bijection) 1対1に対応し, X,Yどちらにも余りがない 集合X
集合Y 集合X 集合Y ? ? XからYへの XからYへの [単射](injection) [全射](surjection) 1対1である この例では Yに余りがあるので全射ではない どちらにも余りはない この例では 1対1ではないので単射ではない 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 23
偶数の集合の濃度は 偶数と自然数とは対応がつくか 自然数 1, 2, 3, …, n, … 偶数
2, 4, 6, …, 2n, … 過不足なく1対1対応がつく(全単射が存在する) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 23
偶数の集合の濃度は 偶数と自然数とは対応がつくか 自然数 1, 2, 3, …, n, … 偶数
2, 4, 6, …, 2n, … 過不足なく1対1対応がつく(全単射が存在する) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 23
偶数の集合の濃度は 偶数と自然数とは対応がつくか 自然数 1, 2, 3, …, n, … 偶数
2, 4, 6, …, 2n, … 過不足なく1対1対応がつく(全単射が存在する) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 23
偶数の集合の濃度は 偶数と自然数とは対応がつくか 自然数 1, 2, 3, …, n, … 偶数
2, 4, 6, …, 2n, … 過不足なく1対1対応がつく(全単射が存在する) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 23
偶数の集合の濃度は 偶数と自然数とは対応がつくか 自然数 1, 2, 3, …, n, … 偶数
2, 4, 6, …, 2n, … 過不足なく1対1対応がつく(全単射が存在する) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 23
偶数の集合の濃度は 偶数と自然数とは対応がつくか 自然数 1, 2, 3, …, n, … 偶数
2, 4, 6, …, 2n, … 過不足なく1対1対応がつく(全単射が存在する) 偶数の基数も ℵ0 自然数と「個数」は同じ 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 23
「ホテル無限」
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 •••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 ••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 ••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 ••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 ••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 • • • •• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 1号室 2 3 4 5 •••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
ヒルベルトの「ホテル無限」 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
さらに客が一人やって来たら? 部屋にいる客全員が 隣の部屋に移れば 1号室が空く 1号室 2 3 4 5 •••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 23
実数の基数と対角線論法 🤔🤔
時計の針の止まる場所 連続的に針が進む時計 ボタンを押すと,その場で針が止まる 目をつぶってボタンを押したとき 12時から3時の間のどこかに止まる確率 =円周の1/4だから,確率も1/4 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部
浅野 晃 11 23
時計の針の止まる場所 では「12時ちょうど」に止まる確率は? 「12時ちょうど」の幅はゼロ →そこに止まる確率もゼロ 12時ちょうども 1時ちょうども 12時1秒ちょうども どこでも みんな ゼロ
2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 23
時計の針の止まる場所 では「12時ちょうど」に止まる確率は? 「12時ちょうど」の幅はゼロ →そこに止まる確率もゼロ 12時ちょうども 1時ちょうども 12時1秒ちょうども どこでも みんな ゼロ
なら,「12時から3時の間のどこか」もゼロじゃないの?🤔🤔 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 23
何がおかしいのか 各刻みに止まる確率はどれもゼロ 刻みがどんなに細かくても, 順に自然数の番号がつけられる 区間内の任意の位置 =1つの実数で表される角度 角度を表す実数と1対1対応がつくなら, 「区間内のどの位置に止まる確率も0」 2026年度秋学期 応用数学(解析)
/ 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 23
何がおかしいのか 各刻みに止まる確率はどれもゼロ 刻みがどんなに細かくても, 順に自然数の番号がつけられる 区間内の任意の位置 =1つの実数で表される角度 角度を表す実数と1対1対応がつくなら, 「区間内のどの位置に止まる確率も0」 自然数と実数に一対一対応がつくか? つまり「実数の集合は可算基数をもつか?」
2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 23
実数は可算無限ではない 自然数と実数に一対一対応がつくか? つまり「実数の集合は可算基数をもつか?」 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14
23
実数は可算無限ではない 自然数と実数に一対一対応がつくか? つまり「実数の集合は可算基数をもつか?」 いいえ。🙅🙅 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
14 23
実数は可算無限ではない 自然数と実数に一対一対応がつくか? つまり「実数の集合は可算基数をもつか?」 いいえ。🙅🙅 実数を1つ,2つ,3つと数えることはできない 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野
晃 14 23
実数は可算無限ではない 自然数と実数に一対一対応がつくか? つまり「実数の集合は可算基数をもつか?」 いいえ。🙅🙅 実数を1つ,2つ,3つと数えることはできない 実数も自然数もその「個数」は無限だが, 実数は自然数よりも本質的に大きな無限 2026年度秋学期 応用数学(解析) /
関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 各ケタを1ずつずらす 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 0. 各ケタを1ずつずらす 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 0.2 各ケタを1ずつずらす 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 0.20 各ケタを1ずつずらす 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 0.201 各ケタを1ずつずらす 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 仮に,すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べられるとする 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 0.190… 対角線上の数字を並べた実数をつくる 0.201… 各ケタを1ずつずらす 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 23
カントールの対角線論法 すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べた表 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 各ケタを 0. 2 0 1 … 1ずつずらした数 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 23
カントールの対角線論法 すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べた表 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 各ケタを 0. 2 0 1 … 1ずつずらした数 この数は, 1番の数字とは1ケタめで, 2番の数字とは2ケタめで,… n番の数字とはnケタめで 1だけずれているので, 「すべての実数を並べた」はずの表にない 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 23
カントールの対角線論法 すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べた表 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 各ケタを 0. 2 0 1 … 1ずつずらした数 この数は, 1番の数字とは1ケタめで, 2番の数字とは2ケタめで,… n番の数字とはnケタめで 1だけずれているので, 「すべての実数を並べた」はずの表にない つまり,「実数は可算基数 ℵ0 よりも 大きな濃度をもつ」 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 23
カントールの対角線論法 すべての実数を1番,2番,…と番号をつけて並べた表 1番 0. 1 2 3 4 5 6
… 2番 0. 8 9 3 1 2 9 … 3番 0. 2 3 0 4 9 0 … ⋮ 各ケタを 0. 2 0 1 … 1ずつずらした数 一般に 「集合Aのべき集合(Aのすべての部分集 合の集合)はAよりも大きな濃度をもつ」 この数は, 1番の数字とは1ケタめで, 2番の数字とは2ケタめで,… n番の数字とはnケタめで 1だけずれているので, 「すべての実数を並べた」はずの表にない つまり,「実数は可算基数 ℵ0 よりも 大きな濃度をもつ」 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 23
有理数の集合は可算基数をもつか (演習問題1)
有理数と自然数の対応 有理数の集合は,可算基数をもつか 分子 3 分母を横軸, 分子を縦軸とすると, 2 1 0 1
2 3 分母 有理数は図の黒点(格子点) ※分母0の点は除く ※重複あり 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 23
有理数と自然数の対応 有理数の集合は,可算基数をもつか 分子 3 分母を横軸, 分子を縦軸とすると, 2 1 0 1
2 3 分母 有理数は図の黒点(格子点) ※分母0の点は除く ※重複あり すべての格子点を一筆でたどれば 自然数と一対一対応がつく 👉👉可算基数をもつ 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 23
有理数と自然数の対応 有理数の集合は,可算基数をもつか 分子 3 分母を横軸, 分子を縦軸とすると, 2 1 0 1
2 3 分母 有理数は図の黒点(格子点) ※分母0の点は除く ※重複あり すべての格子点を一筆でたどれば 自然数と一対一対応がつく 👉👉可算基数をもつ 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 23
有理数は可算基数をもつから 有理数の「無限」と 自然数の「無限」は 同じ無限 有理数の「無限」と 実数の「無限」は 本質的に異なる無限 有理数の集合は「稠密」(びっしり) 実数 の集合は「連続」(べったり)
2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 23
有理数は可算基数をもつから 時計⏰の針と同じ理屈で考えると ダーツの矢(太さゼロ)を投げたら🎯🎯 的の上で当たった点の 的の中心からの距離が有理数である確率はゼロ ⚡ 原点から光線(幅ゼロ)をあちこちに発射したら 格子点に当たる確率はゼロ 原点 2026年度秋学期
応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 20 23
ホテル無限に,無限の客 (演習問題2)
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 1号室 2 3 4 5 •••••• … 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 1号室 2 3 4 5 •••••• … 奇数番の室が空く 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 1号室 2 3 4 5 ••••• … 奇数番の室が空く 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 1号室 2 3 4 5 ••••• … 奇数番の室が空く 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 1号室 2 • 3 4 5 ••• … 奇数番の室が空く 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 •••••• …
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 1号室 2 • 3 4 5 ••• •… 奇数番の室が空く 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
問題2 ホテル無限には,可算無限個の部屋がある 1号室 「ただいま満室です」 2 3 4 5 … ••••••
ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 1号室 2 • 3 4 • 5 • •… • 奇数番の室が空く 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
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ℵ0 さらに可算無限人の客がやって来たら? 部屋にいる客全員が 2倍の番号の部屋に移れば 奇数番の室が空く 1号室 2 • 3 4 • 5 • •… • • 奇数も可算無限個 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 23
今日のまとめ 「可算無限」 無限にも,大小がある こういうことが不思議だと感じるのは, ふだんは「無限」を,たかだか「大きな数」くらいにしか理解していないから🤔🤔 ハレー彗星が関心をよぶのは,周期76年が「人の一生」とほぼ同じだから それより周期の長い彗星はたくさんあるが,人は実感できない 次回は,「実数」とは何か, 実数の連続性(「べったり」並んでいること)を説明します。 2026年度秋学期
応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 23 23