Natürlich werde ich mich auch bei diesem Beitrag an die Begrifflichkeiten der herkömmlichen Mathematik halten... Für die, die sich nicht ständig damit beschäftigen zumindest eine kurze Erklärung zu einigen Ausdrücken:
Eine
Abbildung führt von einer Menge
(z.B. der Menge aller erschienenen Bücher) in eine andere Menge
(z.B. die Menge der gültigen ISBN).
Sie ist
surjektiv, wenn alle Elemente der Zielgruppe getroffen werden
(es gibt aber noch unvergebene und dennoch gültige ISBN, also wäre unsere Funktion nicht surjektiv).
Werden sie alle nur höchstens einmal getroffen werden
(jede ISBN gehört zu höchstens einem Buchtitel - also injektiv), nennt man die Abbildung
injektiv.
Ist sie beides gleichzeitig, nennt man sie
bijektiv und man kann sie in beide Richtungen beschreiten
(bildet man von den Buchtiteln nur auf die existierenden
ISBN ab, dann kann man jederzeit von einem zum anderen wechseln und umgekehrt - also bijektiv).
Todoroff hat geschrieben:Dann erklären Sie uns eine Abbildung von 1 (Element von N) auf abzählbar viele 1-en (Element von N²), welche real ist, also endlich, also zu einem Ende kommt, so daß derselbe Prozeß mit 2 begonnen werden kann.
Die Forderung macht schon allein deswegen keinen Sinn, weil eine Abbildung immer nur ein Element auf ein anderes abbilden kann (laut Definition!) und nicht eines auf mehrere und dementsprechend auch nicht auf abzählbar viele.
Aber das ist auch gar nicht nötig, um eine Bijektion von N nach N² zu finden. Um das Nachvollziehen des Vorganges mit Hilfe anderer Quellen zu vereinfachen, werde ich die natürlichen Zahlen mit der 0 vereinigen. Die so entstandene Menge ist selbstverständlich immer noch abzählbar und ändert so nichts an der Problemstellung.
Schreiben wir die "aus abzählbar vielen abzählbaren Mengen bestehende Menge" einfach mal auf (natürlich nicht komplett, denn das dauert ja unenedlich lange...). In die erste Spalte schreibe ich die erste Menge, in die zweite Spalte sie zweite usw... das ganze sieht dann so aus:
Jetzt beginne ich die Elemente von null an zu nummerieren. Macht man dies aber Spalten- oder Zeilenweise, so kann man keine Spalte bzw. Zeile jemals zu Ende bringen (jede einzelne ist ja unendlich lang) und somit nie in der nächsten beginnen. Wie löst man dieses Problem? Man zählt in diagonaler Richtung, denn jede Diagonale ist nur endlich lang. Schreibt man an die Nummerierung an die Stelle der entsprechenden Elemente, erhält man folgendes Bild:
Die so gewonnene Abbildung stellt eine Bijektion von N nach N² dar, da jedem Element aus N² (z.B. der 3 aus der zweiten Menge) eine natürlich Zahl (in diesem Fall 11) zugeordnet wird. Man zählt also quasi N² durch. Genau das entspricht der Definition einer abzählbaren Menge. Gezeigt wurde also: N² ("eine aus abzählbar vielen abzählbaren Mengen bestehende Menge") ist abzählbar.
Wer sich mit Bildern nicht zufrieden gibt, kann gerne über der Formel brüten:
PS: Behauptet man, dass die Menge N² nicht abzählbar ist, bedeutet das gleichzeitig, dass man die bijektive Eigenschaft der obigen Funktion bestreitet. In diesem Fall müsste also ein Gegenbeispiel existieren. Es muss also mindestens eine Zahl geben, die in N doppelt "getroffen" wird (nicht injektiv) oder aber Zahlen, die gar nicht "getroffen" werden (nicht surjektiv).