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Infinito

El concepto de infinito (símbolo: ) aparece en varias ramas de la matemática, la filosofía y la astronomía,[1]​ en referencia a una cantidad sin límite o sin final, contrapuesto al concepto de finitud.[2]

El símbolo de infinito ∞ (Unicode U+221E), también llamado lemniscata, en diferentes tipos de letra.

En matemáticas el infinito aparece de diversas formas: en geometría, el punto al infinito en geometría proyectiva y el punto de fuga en geometría descriptiva; en análisis matemático, los límites infinitos; y en teoría de conjuntos como números transfinitos.

Teoría de conjuntos

Los conjuntos finitos tienen una propiedad "intuitiva" que los caracteriza: "dada una parte propia de los mismos, esta contiene un número de elementos menor que todo el conjunto". Es decir, no puede establecerse una biyección entre una parte propia del conjunto finito y todo el conjunto. Sin embargo, esa propiedad "intuitiva" de los conjuntos finitos no la tienen los conjuntos infinitos, y formalmente se dice que:

Un conjunto   es infinito si existe un subconjunto propio   de  , es decir, un subconjunto   tal que  , tal que existe una biyección   entre   y  .

La idea de cardinalidad de un conjunto se basa en la noción anterior de biyección. De dos conjuntos entre los que se puede establecer una biyección se dice que tienen la misma cardinalidad. Para un conjunto finito su cardinalidad puede representarse por un número natural. Por ejemplo, el conjunto {manzana, pera, durazno} tiene 3 elementos. Esto significa de modo más formal que se puede establecer una biyección entre tal conjunto y el número 3 que es el conjunto {0,1,2}:

 

Dicho de otra forma, es posible hacer parejas (0, manzana), (1, pera), (2, durazno) de modo que cada elemento de los dos conjuntos se utilice exactamente una vez. Cuando es posible establecer tal relación "uno a uno" entre dos conjuntos se dice que ambos conjuntos tienen la misma cardinalidad, lo cual, para conjuntos finitos, equivale a que tengan el mismo número de elementos.

Primera definición positiva de conjunto infinito

La primera definición positiva de conjunto infinito fue dada por Georg Cantor y se basa en la siguiente observación: Si un conjunto S es finito y T es un subconjunto propio, no es posible construir una biyección entre S y T. Por ejemplo, si S = {1,2,3,4,5,6,7,8} y T = {2,4,6,8} no es posible construir una biyección entre S y T, porque de ser así tendrían la misma cardinalidad (el mismo número de elementos).

Un conjunto es infinito si es posible encontrar un subconjunto propio del mismo que tenga la misma cardinalidad que el conjunto original. Consideremos el conjunto de los números naturales N={1,2,3,4,5,...}, el cual es un conjunto infinito. Para verificar tal afirmación es necesario encontrar un subconjunto propio y construir una biyección entre ambos. Para este caso, consideremos el conjunto de enteros positivos pares P={2,4,6,8,10,...}. El conjunto P es un subconjunto propio de N, y la regla de asignación   es una biyección:

 

ya que a todo elemento de N le corresponde un único elemento de P y viceversa.

Números ordinales infinitos

Los números ordinales sirven para notar una posición en un conjunto ordenado (primer, segundo, tercer elemento...). El ejemplo más elemental es el de los números naturales, que se definen rigurosamente así: Se nota   el conjunto vacío:

 

se nota   el conjunto que solo contiene  :

 

luego se nota   el conjunto que solo contiene   y  :

 

Y así sucesivamente:

 

Por construcción, 0 está incluido en 1, quién a su vez está incluido en 2, ya que obviamente:

 

La inclusión permite convertir a los ordinales en un conjunto bien ordenado (dos elementos distintos siempre se pueden comparar, y añadiendo la igualdad daría un orden total) entre estos conjuntos que se prefiere, por costumbre, escribir "<", lo que da las relaciones 0 < 1 < 2 < 3. Decir que un ordinal es menor (estrictamente) que otro significa, cuando se les considera a ambos como conjuntos, que está incluido en el otro.

Si a y b son ordinales, entonces aUb, la unión de los conjuntos, también es un ordinal. En particular, si son ordinales finitos (conjuntos finitos) correspondientes a los naturales a y b, entonces aUb corresponde al mayor de los dos, a o b. En general, si los conjuntos ai son ordinales, donde i toma todos los valores de un conjunto I, entonces a = Uai también lo será. Y si el conjunto I no es finito, tampoco lo será a. Así obtendremos ordinales (o sea números) infinitos.

Con el fin de formalizar adecuadamente la discisión, es necesario definir rigurosamente la noción de "infinito", para poderlo aplicar a los ordinales. Dos conjuntos bien ordenados A y B son isomorfos (con relación al orden) si existe una biyección f entre ambos que respeta el orden: si a < a' en A, entonces f(a) < f(a) en B. Resulta obvio constatar que si A es un conjunto ordenado con n elementos (n entero natural) entonces A es isomorfo an = {0, 1, 2, ..., n-1}. Basta con renombrar cada elemento de A para obtener A = {a0, a1, a2, ..., an-1}. Un isomorfismo es meramente un cambio de apelación. Diremos que un ordinal es finito si cada una de sus partes no vacías tiene un elemento máximo. Por lo tanto todo natural es un ordenal finito. La intuición nos dice que no hay otros ordenales finitos. Lógicamente, diremos que un conjunto ordenado es finito si es isomorfo a un ordinal finito, o sea a un natural.

Para introducir los ordinales infinitos, es preciso dar ahora la definición exacta de un ordinal:

Un conjunto A totalmente ordenado (por la inclusión) es un ordinal si y solo si cada elemento de A es también un subconjunto de A

Ya vimos que es el caso para los naturales: Por ejemplo, el conjunto 2 = {0, 1} admite 1= {0}, como elemento y por lo tanto también como subconjunto.

Todo conjunto bien ordenado es isomorfo a un ordinal. Esto es obvio en el caso finito, y se muestra por inducción transfinita que lo es en el caso infinito. O sea, renombrando los elementos de un conjunto bien ordenado siempre obtenemos un ordinal.

Primer ordinal infinito

Ya hemos visto que una unión cualquiera de ordinales es un ordinal. Si tomamos una unión finita de ordinales finitos, fabricamos un ordinal finito. Para obtener el primer ordinal infinito tenemos que reunir un número no finito de ordinales finitos. Haciéndolo, siempre caemos en el mismo conjunto, construido al reunir todos los ordinales finitos, es decir los naturales. El conjunto de todos los naturales, ℕ, es pues el primer ordinal infinito, lo que no debería sorprender, y lo notamos en este contexto ω (omega).

Para visualizar los ordinales, resulta muy práctico representar cada uno por un punto de una sucesión creciente convergente, como por ejemplo un = 1 - 1/(n+1). Esto da algo semejante a:

X__________X_________X_______X______X______X_____X____X___X__X_X_XXX........

Escojamos un punto de la sucesión, y miremos cuantos puntos están más a la izquierda. En el ejemplo, hay cuatro, y por lo tanto se trata de u4, lo que corresponde al ordinal 4. Para representar el ordinal w, resulta natural añadir a la sucesión previa un punto 'O' situado exactamente en el límite de la sucesión:

X__________X_________X_______X______X______X_____X____X___X__X_X_XXX...O

A la izquierda de uw hay una infinidad de puntos, por lo tanto w es infinito. Pero si elegimos a cualquier otro punto de la sucesión a su izquierda, ya no es el caso, lo cual prueba que w es el primer ordinal infinito. Después de w llega w+1, w+2 ... que se representan añadiendo a la derecha uno dos o más puntos, inicialmente distantes, y luego más cercanos entre sí:

X________X________X_______X______X______X_____X____X___X__X_X_XXX...O_______X_____X

El último punto dibujado corresponde a w+2.

Más generalmente, para sumar dos ordinales A y B se cambian los nombres de los elementos para que sean todos distintos, luego se juntan los conjuntos A y B, poniendo B a la derecha de A es decir imponiendo que cada elemento de B sea mayor que todos los de A. Así hemos construido w+1, ... y así podemos construir 1+w: Notemos Y el elemento de 1, y X los de w:

X__________X__________X_________X_______X______X______X_____X____X___X__X_X_XXX...

Salta a la vista que w y 1+w son muy parecidos. De hecho la función x →x - 1 realiza un isomorfismo entre ellos (1+w tiene dos elementos llamados 0: 0A y 0B. El primero hace el papel de -1 en la función). Por lo tanto corresponden al mismo ordinal: 1+w = w. Mas no es el caso de w+1, que es distinto de w porque su el conjunto w+1 tiene un elemento máximo (el O del dibujo) mientras que el conjunto w no lo tiene (el límite de los naturales no es un natural).

El punto w (el O del dibujo) no tiene antecesor, es decir que no existe un n tal que n+1=w: se dice que w es un ordinal límite. Cero tiene también esta propiedad pero no merece esta apelación. Como w+1 ≠ 1+w, la adición no es conmutativa en los ordinales.

Se construye del mismo modo w + w que se nota lógicamente 2w. La multiplicación se define a partir de la adición como para los naturales.

Una vez que se ha representado nw, con n natural, no resulta demasiado difícil imaginar lo que será w.w, escrito w2. Luego se puede definir wn, con n natural, y, tomando el límite, ww, tiene tantos elementos como la recta real.

La sucesión   tiene como límite  .

Números cardinales infinitos

El cardinal de un conjunto es el número de elementos que contiene. Esta noción es por lo tanto distinta del ordinal, que caracteriza el lugar de un elemento en una sucesión. "Cinco" difiere de "quinto" aunque obviamente existe una relación entre ambos. Se dice que dos conjuntos tienen el mismo cardinal si existe una biyección entre ellos. Contrariamente a los ordinales, esta biyección no tiene que respetar el orden (además los conjuntos no tienen que ser ordenados).

Como ya tenemos un surtido de conjuntos —los ordinales— veamos sus tamaños (o sea sus cardinales) respectivos. No es ninguna sorpresa que los ordinales finitos también son cardinales: entre dos conjuntos con n y m elementos, m y n distintos, no puede haber biyección, por lo tanto tienen cardinales distintos. Pero no es el caso con los ordinales infinitos: Por ejemplo,   y   están en biyección por la función:

 
  y  , tal biyección no respeta el orden, por eso dos ordinales distintos pueden corresponder a un mismo cardinal.

Se suele notar |A| el cardinal de A. Se llama   (alef0) el cardinal de w, o sea del conjunto de los naturales (donde alef es la primera letra del alfabeto hebreo).

Si A y B son conjuntos, entonces  , donde x designa el producto cartesiano de los conjuntos, y "·" es el producto de los cardinales definidos por esta fórmula. El conjunto de las partes de un conjunto A, P(A) está en biyección con el conjunto de las funciones de A hacia {0,1}, conjunto que de escribe como 2A, como caso particular de YX que denota el conjunto de las aplicaciones de X hacia Y.

El cardinal de R, conjunto de los reales, es por lo tanto 2alef0, porque R está en biyección con las partes de N, por medio de la escritura decimal de los reales.

No se puede decidir, con los axiomas clásicos (los de la teoría de los conjuntos, fundamentos de la matemática), si existe un cardinal mayor que alef0 y menor que 2alef0, es decir si existe un conjunto con más elementos que N pero con menos elementos que R. La hipótesis del continuo, que es un axioma adicional, afirma que no.

Análisis matemático

Análisis estándar u ordinario

Un conjunto de números reales S es acotado superiormente si existe un número c (la cota) tal que c es mayor que todo elemento de S (Por ejemplo, si S={π ; 7 ;  } entonces S es un conjunto acotado, ya que el número c=10 cumple que π<10, 7<10,  <10). Cuando un conjunto no es acotado, para cualquier número c es posible encontrar   de modo que c < x. El concepto de infinito se introduce como una cota especial para este tipo de conjuntos. Este concepto de infinito se representa con el símbolo  .

También es utilizado en el Análisis matemático cuando se quiere expresar que los términos de una sucesión ordenada, o los valores que toma una función al tomar la variable dependiente valores cercanos a uno fijado previamente "diverge" ("tiende a infinito", o su límite es infinito). En este contexto, se considera   para representar al límite que tiende a infinito y   al límite cuando tiende a 0; y no al número 0).

Para recordar las reglas de límite se suele entonces acudir a las siguientes reglas nemotecnias: (aquí "x" representa un n° real cualquiera)

  •  
     
  •  
     
  •  ,  
  • Si     y    
    Si   y  
  •  
  •  
     

Las identidades anteriores son perfectamente formalizables en el análisis no estándar asociado a los números hiperreales.

Límites indeterminados (no es posible determinar a priori su valor como en el resto de los ejemplos, no hay un valor asignado):

 


 


 

Análisis no estándar

El análisis no estándar amplia la teoría de los números reales. Desde el punto de vista lógico los números reales pueden ser entendidos como un lenguaje formal en el que se da por supuesto la existencia de ciertos objetos y en el cual se puede deducir la existencia de otros objetos. En términos de lenguajes formales el análisis no estándar es una extensión lógica de la teoría ordinaria de los números reales que además es conservadora (en el sentido que sus teoremas deducibles coinciden con los deducibles en la teoría ordinaria de los números reales). Si bien esta extensión parece antieconómica desde el punto de vista de la navaja de Ockham, ya que la complicación introducida no altera la clase de teoremas básicos sobre los números reales ordinarios, realmente permite hacer demostraciones más breves, derivar resultados más fácilmente que en la teoría ordinaria y frecuentemente más intuitiva en términos lógicos.

En el seno del análisis no estándar se introduce un predicado nuevo st(·) y tres nuevos axiomas que describen el uso de dicho predicado. Gracias a ese predicado el conjunto de números descritos por el lenguaje forman se puede dividir en "elementos estándar" para los cuales (r es estándar si st(r) es cierto) y "elementos no estándar" (r es no estándar si ¬st(r) es cierto). Los elementos estándar tienen esencialmente las mismas propiedades que los números reales ordinarios, mientras que los elementos no estándar incluyen números especiales algunos de los cuales como infinitesimales o como números ilimitados (infinitos). La ventaja de la estructura lógica del análisis no estándar es que se pueden usar dichos números y ser empleados en deducciones sin inconsistencia alguna (a diferencia de las reglas heurísticas del cálculo infinitesimal tradicional antes de la formalización del siglo XIX).

En el análisis no estándar pueden definirse números que intuitivamente se comportan como números infinitos gracias al predicado st(·) "· es estándar". Por ejemplo un número ilimitado r satisface que "para cualquier número e del conjunto y cualquier número natural estándar resulta que ne < r", formalmente:

 

Obviamente el número r no puede ser estándar, ya que para números estándar se tiene que "para cualquier número e y cualquier r existe un natural tal que ne > r, formalmente:

 

Nótese que en esta expresión no aparece el predicado "estándar" st(·), y por tanto es formalizable en la teoría ordinaria, mientras que la noción de número ilimitado no es formalizable en la teoría ordinaria por carecer esta teoría del predicado st(·).

Análogamente en el análisis no estándar pueden definirse números infinitesimales, más pequeños en valor absoluto que cualquier número estándar positivo. De hecho el inverso de un número ilimitado es siempre un número infinitesimal.

Infinito en informática

De manera relacionada con el infinito para números reales, algunos lenguajes de programación admiten un valor especial que recibe el nombre de infinito: valor que se puede obtener como resultado de ciertas operaciones matemáticas no realizables, tales como las descritas en el punto anterior u operaciones teóricamente posibles, pero demasiado complejas para su trabajo en el ordenador/lenguaje en cuestión. En otros lenguajes simplemente se produciría un error.

Infinito en metafísica

Lo infinito no puede admitir ninguna restricción, lo que supone que es absolutamente incondicionado e indeterminado, ya que toda determinación, cualquiera que sea, es forzosamente una limitación, porque deja algo fuera de ella. Por otra parte, la limitación presenta el carácter de una verdadera negación: poner un límite, es negar, para lo que está encerrado en él, todo lo que este límite excluye; por consiguiente, la negación de un límite es propiamente la negación de una negación, es decir, lógica e incluso matemáticamente una afirmación, de tal suerte que la negación de todo límite equivale en realidad a la afirmación total y absoluta. Lo que no tiene límites, es aquello de lo cual no se puede negar nada, y por consiguiente, aquello que contiene todo, aquello fuera de lo cual no hay nada; y esta idea del Infinito, que es así la más afirmativa de todas, puesto que comprende o envuelve todas las afirmaciones particulares, cualesquiera que puedan ser, no se expresa por un término de forma negativa (in-finito) sino en razón misma de su indeterminación absoluta.[3]

Infinito según la física aristotélica

El concepto finito según la física aristotélica niega que existe el infinito en acto.[4]​ Cuando habla de infinito se refiere sobre todo a un cuerpo infinito y los argumentos que aduce contra la existencia de un cuerpo finito.[5]​ Lo infinito existe solo como potencia o en potencia.[5]​ Infinito en potencia es, por ejemplo, el número, porque siempre es posible añadir a cualquier número otro, sin llegar jamás a un límite extremo tras el cual no se pueda avanzar más; o infinito en potencia es también el espacio, porque es divisible hasta el infinito, en cuanto el resultado de la división es siempre una magnitud que, como tal, es divisible ulteriormente; finalmente, infinito potencial es también el tiempo, que no puede existir en su totalidad a la vez, sino que se desarrolla y crece sin fin.[5]

Aristóteles no llegó a entrever la idea de que lo inmaterial pudiera ser infinito, debido a que asoció el concepto de infinito a la categoría de cantidad, que solo puede aplicarse a lo sensible.[5]​ Y se explica también que el filósofo concluyera por sellar definitivamente la idea pitagórica, y, en general, propia de casi toda la cultura griega, según la cual lo finito es perfecto y lo infinito es imperfecto.[6]

Esta es la razón por la que Aristóteles tenía que negar necesariamente de Dios el atributo de la infinitud.[5]​ Después de esta concepción del infinito como potencialidad e imperfección, había que eliminar la antigua intuición de los milesios, de Meliso y de Anaxágoras, que consideraban al Absoluto como infinito: tal intuición resultaba excéntrica respecto al pensamiento de toda la cultura griega y, para poder renacer, tendría que esperar al descubrimiento de ulteriores horizontes metafísicos.[5]

Historia

 
John Wallis fue el primer matemático en usar el símbolo de infinito en sus obras.

El símbolo de infinito

El símbolo   con que se expresa el infinito fue introducido a la notación matemática por el matemático inglés John Wallis (1616-1703) en una de sus obras más importantes: Arithmetica Infinitorum en 1656. En 1694 fue creada la representación gráfica lemniscata por Jacob Bernoulli (1655-1705).[7]

También se cree posible que la forma provenga de otros símbolos alquímicos o religiosos, como por ejemplo ciertas representaciones de la serpiente uróboros.[cita requerida]

Otra hipótesis defiende que el símbolo parece la representación gráfica del fenómeno conocido como Analema. Esta teoría tiene más sentido si dotamos de importancia a la parte formal del diseño y a la cronología de su origen.[cita requerida]

Se ha querido ver también una banda de Möbius en su forma,[cita requerida] aunque el símbolo se usó durante cientos de años antes de que August Möbius descubriera la banda que lleva su nombre.

El símbolo de infinito se representa en Unicode con el carácter [1] (U+221E).

Cronología[8]
Año Acontecimiento
350 a.C. Aristóteles rechaza un infinito real.
1639 Gérard Desargues introduce la idea del infinito en la geometría.
1655 Se atribuye a John Wallis haber sido el primero en utilizar el
símbolo   para el infinito.
1874 Georg Cantor especifica, en la teoría de conjuntos, distintos
órdenes de infinito.

Véase también

Referencias

  1. Monnoyeur, Françoise (1992). Infini des mathématiciens, infini des philosophes. París: Ed. Belin. ISBN 978-2701110189. 
  2. Fedriani, Eugenio M.; Tenorio, Ángel F. (2010). . Unión: Revista Iberoamericana de Educación Matemática 21: 37-58. ISSN 1815-0640. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2011. 
  3. Guénon, René (22 de febrero de 2016). Los estados múltiples del Ser. CreateSpace Independent Publishing Platform. p. 74. ISBN 9781530169214. 
  4. Phys. 4-8
  5. Reale, Giovanni (2007). Introducción a Aristóteles (Víctor Bazterrica, trad.) (1ª edición). Barcelona: Herder Editorial. p. 78. ISBN 9788425414886. Consultado el 19 de junio de 2017. 
  6. Phys. 6, 207a 7-15
  7. di Tada, Esteban (2005-2006). Los Números Transfinitos. 
  8. Crilly, Tony (2009). 50 cosas que hay que saber sobre las matemáticas. Grupo Planeta (GBS). p. 216. ISBN 9788434488120. 

Más información

  • Manolios, Panagiotis & Vroon, Daron. Algorithms for ordinal arithmetic. Baader, Franz (ed), 19th International Conference on Automated Deduction--CADE-19. Pages 243-257 of LNAI, vol. 2741. Springer-Verlag.

Enlaces externos

  •   Datos: Q205
  •   Multimedia: Infinity
  •   Citas célebres: Infinito

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El concepto de infinito simbolo aparece en varias ramas de la matematica la filosofia y la astronomia 1 en referencia a una cantidad sin limite o sin final contrapuesto al concepto de finitud 2 El simbolo de infinito Unicode U 221E tambien llamado lemniscata en diferentes tipos de letra Para el canal de television por cable vease Infinito canal de television Para el grupo espanol del mismo nombre vease Infinito banda En matematicas el infinito aparece de diversas formas en geometria el punto al infinito en geometria proyectiva y el punto de fuga en geometria descriptiva en analisis matematico los limites infinitos y en teoria de conjuntos como numeros transfinitos Indice 1 Teoria de conjuntos 1 1 Primera definicion positiva de conjunto infinito 1 2 Numeros ordinales infinitos 1 3 Primer ordinal infinito 1 4 Numeros cardinales infinitos 2 Analisis matematico 2 1 Analisis estandar u ordinario 2 2 Analisis no estandar 3 Infinito en informatica 4 Infinito en metafisica 4 1 Infinito segun la fisica aristotelica 5 Historia 5 1 El simbolo de infinito 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Mas informacion 9 Enlaces externosTeoria de conjuntos EditarLos conjuntos finitos tienen una propiedad intuitiva que los caracteriza dada una parte propia de los mismos esta contiene un numero de elementos menor que todo el conjunto Es decir no puede establecerse una biyeccion entre una parte propia del conjunto finito y todo el conjunto Sin embargo esa propiedad intuitiva de los conjuntos finitos no la tienen los conjuntos infinitos y formalmente se dice que Un conjunto A displaystyle A es infinito si existe un subconjunto propio B displaystyle B de A displaystyle A es decir un subconjunto B A displaystyle B subset A tal que A B displaystyle A neq B tal que existe una biyeccion f A B displaystyle f A to B entre A displaystyle A y B displaystyle B La idea de cardinalidad de un conjunto se basa en la nocion anterior de biyeccion De dos conjuntos entre los que se puede establecer una biyeccion se dice que tienen la misma cardinalidad Para un conjunto finito su cardinalidad puede representarse por un numero natural Por ejemplo el conjunto manzana pera durazno tiene 3 elementos Esto significa de modo mas formal que se puede establecer una biyeccion entre tal conjunto y el numero 3 que es el conjunto 0 1 2 Manzana 0 Pera 1 Durazno 2 displaystyle begin matrix mbox Manzana amp leftrightarrow amp 0 mbox Pera amp leftrightarrow amp 1 mbox Durazno amp leftrightarrow amp 2 end matrix Dicho de otra forma es posible hacer parejas 0 manzana 1 pera 2 durazno de modo que cada elemento de los dos conjuntos se utilice exactamente una vez Cuando es posible establecer tal relacion uno a uno entre dos conjuntos se dice que ambos conjuntos tienen la misma cardinalidad lo cual para conjuntos finitos equivale a que tengan el mismo numero de elementos Primera definicion positiva de conjunto infinito Editar La primera definicion positiva de conjunto infinito fue dada por Georg Cantor y se basa en la siguiente observacion Si un conjunto S es finito y T es un subconjunto propio no es posible construir una biyeccion entre S y T Por ejemplo si S 1 2 3 4 5 6 7 8 y T 2 4 6 8 no es posible construir una biyeccion entre S y T porque de ser asi tendrian la misma cardinalidad el mismo numero de elementos Un conjunto es infinito si es posible encontrar un subconjunto propio del mismo que tenga la misma cardinalidad que el conjunto original Consideremos el conjunto de los numeros naturales N 1 2 3 4 5 el cual es un conjunto infinito Para verificar tal afirmacion es necesario encontrar un subconjunto propio y construir una biyeccion entre ambos Para este caso consideremos el conjunto de enteros positivos pares P 2 4 6 8 10 El conjunto P es un subconjunto propio de N y la regla de asignacion n 2 n displaystyle n to 2n es una biyeccion A N P 1 2 2 4 3 6 4 8 displaystyle mathbf A begin bmatrix N amp leftrightarrow amp P 1 amp leftrightarrow amp 2 2 amp leftrightarrow amp 4 3 amp leftrightarrow amp 6 4 amp leftrightarrow amp 8 end bmatrix ya que a todo elemento de N le corresponde un unico elemento de P y viceversa Numeros ordinales infinitos Editar Articulo principal Numero ordinal teoria de conjuntos Los numeros ordinales sirven para notar una posicion en un conjunto ordenado primer segundo tercer elemento El ejemplo mas elemental es el de los numeros naturales que se definen rigurosamente asi Se nota 0 displaystyle 0 el conjunto vacio 0 displaystyle 0 varnothing se nota 1 displaystyle 1 el conjunto que solo contiene 0 displaystyle 0 1 0 displaystyle 1 0 varnothing luego se nota 2 displaystyle 2 el conjunto que solo contiene 0 displaystyle 0 y 1 displaystyle 1 2 0 1 0 0 displaystyle 2 0 1 0 0 varnothing varnothing Y asi sucesivamente 3 0 1 2 n 1 n n displaystyle 3 0 1 2 varnothing varnothing varnothing varnothing qquad n 1 n bigcup n Por construccion 0 esta incluido en 1 quien a su vez esta incluido en 2 ya que obviamente n n n n 1 displaystyle n subseteq n bigcup n n 1 La inclusion permite convertir a los ordinales en un conjunto bien ordenado dos elementos distintos siempre se pueden comparar y anadiendo la igualdad daria un orden total entre estos conjuntos que se prefiere por costumbre escribir lt lo que da las relaciones 0 lt 1 lt 2 lt 3 Decir que un ordinal es menor estrictamente que otro significa cuando se les considera a ambos como conjuntos que esta incluido en el otro Si a y b son ordinales entonces aUb la union de los conjuntos tambien es un ordinal En particular si son ordinales finitos conjuntos finitos correspondientes a los naturales a y b entonces aUb corresponde al mayor de los dos a o b En general si los conjuntos ai son ordinales donde i toma todos los valores de un conjunto I entonces a Uai tambien lo sera Y si el conjunto I no es finito tampoco lo sera a Asi obtendremos ordinales o sea numeros infinitos Con el fin de formalizar adecuadamente la discision es necesario definir rigurosamente la nocion de infinito para poderlo aplicar a los ordinales Dos conjuntos bien ordenados A y B son isomorfos con relacion al orden si existe una biyeccion f entre ambos que respeta el orden si a lt a en A entonces f a lt f a en B Resulta obvio constatar que si A es un conjunto ordenado con n elementos n entero natural entonces A es isomorfo an 0 1 2 n 1 Basta con renombrar cada elemento de A para obtener A a0 a1 a2 an 1 Un isomorfismo es meramente un cambio de apelacion Diremos que un ordinal es finito si cada una de sus partes no vacias tiene un elemento maximo Por lo tanto todo natural es un ordenal finito La intuicion nos dice que no hay otros ordenales finitos Logicamente diremos que un conjunto ordenado es finito si es isomorfo a un ordinal finito o sea a un natural Para introducir los ordinales infinitos es preciso dar ahora la definicion exacta de un ordinal Un conjunto A totalmente ordenado por la inclusion es un ordinal si y solo si cada elemento de A es tambien un subconjunto de AYa vimos que es el caso para los naturales Por ejemplo el conjunto 2 0 1 admite 1 0 como elemento y por lo tanto tambien como subconjunto Todo conjunto bien ordenado es isomorfo a un ordinal Esto es obvio en el caso finito y se muestra por induccion transfinita que lo es en el caso infinito O sea renombrando los elementos de un conjunto bien ordenado siempre obtenemos un ordinal Primer ordinal infinito Editar Ya hemos visto que una union cualquiera de ordinales es un ordinal Si tomamos una union finita de ordinales finitos fabricamos un ordinal finito Para obtener el primer ordinal infinito tenemos que reunir un numero no finito de ordinales finitos Haciendolo siempre caemos en el mismo conjunto construido al reunir todos los ordinales finitos es decir los naturales El conjunto de todos los naturales ℕ es pues el primer ordinal infinito lo que no deberia sorprender y lo notamos en este contexto w omega Para visualizar los ordinales resulta muy practico representar cada uno por un punto de una sucesion creciente convergente como por ejemplo un 1 1 n 1 Esto da algo semejante a X X X X X X X X X X X XXX Escojamos un punto de la sucesion y miremos cuantos puntos estan mas a la izquierda En el ejemplo hay cuatro y por lo tanto se trata de u4 lo que corresponde al ordinal 4 Para representar el ordinal w resulta natural anadir a la sucesion previa un punto O situado exactamente en el limite de la sucesion X X X X X X X X X X X XXX OA la izquierda de uw hay una infinidad de puntos por lo tanto w es infinito Pero si elegimos a cualquier otro punto de la sucesion a su izquierda ya no es el caso lo cual prueba que w es el primer ordinal infinito Despues de w llega w 1 w 2 que se representan anadiendo a la derecha uno dos o mas puntos inicialmente distantes y luego mas cercanos entre si X X X X X X X X X X X XXX O X XEl ultimo punto dibujado corresponde a w 2 Mas generalmente para sumar dos ordinales A y B se cambian los nombres de los elementos para que sean todos distintos luego se juntan los conjuntos A y B poniendo B a la derecha de A es decir imponiendo que cada elemento de B sea mayor que todos los de A Asi hemos construido w 1 y asi podemos construir 1 w Notemos Y el elemento de 1 y X los de w X X X X X X X X X X X X XXX Salta a la vista que w y 1 w son muy parecidos De hecho la funcion x x 1 realiza un isomorfismo entre ellos 1 w tiene dos elementos llamados 0 0A y 0B El primero hace el papel de 1 en la funcion Por lo tanto corresponden al mismo ordinal 1 w w Mas no es el caso de w 1 que es distinto de w porque su el conjunto w 1 tiene un elemento maximo el O del dibujo mientras que el conjunto w no lo tiene el limite de los naturales no es un natural El punto w el O del dibujo no tiene antecesor es decir que no existe un n tal que n 1 w se dice que w es un ordinal limite Cero tiene tambien esta propiedad pero no merece esta apelacion Como w 1 1 w la adicion no es conmutativa en los ordinales Se construye del mismo modo w w que se nota logicamente 2w La multiplicacion se define a partir de la adicion como para los naturales Una vez que se ha representado nw con n natural no resulta demasiado dificil imaginar lo que sera w w escrito w2 Luego se puede definir wn con n natural y tomando el limite ww tiene tantos elementos como la recta real La sucesion w w w displaystyle omega omega dots omega tiene como limite e 0 displaystyle varepsilon 0 Numeros cardinales infinitos Editar Articulo principal Numero cardinal teoria de conjuntos El cardinal de un conjunto es el numero de elementos que contiene Esta nocion es por lo tanto distinta del ordinal que caracteriza el lugar de un elemento en una sucesion Cinco difiere de quinto aunque obviamente existe una relacion entre ambos Se dice que dos conjuntos tienen el mismo cardinal si existe una biyeccion entre ellos Contrariamente a los ordinales esta biyeccion no tiene que respetar el orden ademas los conjuntos no tienen que ser ordenados Como ya tenemos un surtido de conjuntos los ordinales veamos sus tamanos o sea sus cardinales respectivos No es ninguna sorpresa que los ordinales finitos tambien son cardinales entre dos conjuntos con n y m elementos m y n distintos no puede haber biyeccion por lo tanto tienen cardinales distintos Pero no es el caso con los ordinales infinitos Por ejemplo w displaystyle omega y w 1 displaystyle omega 1 estan en biyeccion por la funcion w 1 w displaystyle omega 1 to omega x x 1 displaystyle x to x 1 y w 0 displaystyle omega to 0 tal biyeccion no respeta el orden por eso dos ordinales distintos pueden corresponder a un mismo cardinal Se suele notar A el cardinal de A Se llama ℵ 0 displaystyle aleph 0 alef0 el cardinal de w o sea del conjunto de los naturales donde alef es la primera letra del alfabeto hebreo Si A y B son conjuntos entonces A B A B displaystyle scriptstyle A times B A cdot B donde x designa el producto cartesiano de los conjuntos y es el producto de los cardinales definidos por esta formula El conjunto de las partes de un conjunto A P A esta en biyeccion con el conjunto de las funciones de A hacia 0 1 conjunto que de escribe como 2A como caso particular de YX que denota el conjunto de las aplicaciones de X hacia Y El cardinal de R conjunto de los reales es por lo tanto 2alef0 porque R esta en biyeccion con las partes de N por medio de la escritura decimal de los reales No se puede decidir con los axiomas clasicos los de la teoria de los conjuntos fundamentos de la matematica si existe un cardinal mayor que alef0 y menor que 2alef0 es decir si existe un conjunto con mas elementos que N pero con menos elementos que R La hipotesis del continuo que es un axioma adicional afirma que no Analisis matematico EditarAnalisis estandar u ordinario Editar Un conjunto de numeros reales S es acotado superiormente si existe un numero c la cota tal que c es mayor que todo elemento de S Por ejemplo si S p 7 2 displaystyle sqrt 2 entonces S es un conjunto acotado ya que el numero c 10 cumple que p lt 10 7 lt 10 2 displaystyle sqrt 2 lt 10 Cuando un conjunto no es acotado para cualquier numero c es posible encontrar x S displaystyle x in S de modo que c lt x El concepto de infinito se introduce como una cota especial para este tipo de conjuntos Este concepto de infinito se representa con el simbolo displaystyle infty Tambien es utilizado en el Analisis matematico cuando se quiere expresar que los terminos de una sucesion ordenada o los valores que toma una funcion al tomar la variable dependiente valores cercanos a uno fijado previamente diverge tiende a infinito o su limite es infinito En este contexto se considera displaystyle infty para representar al limite que tiende a infinito y 0 displaystyle 0 al limite cuando tiende a 0 y no al numero 0 Para recordar las reglas de limite se suele entonces acudir a las siguientes reglas nemotecnias aqui x representa un n real cualquiera displaystyle infty infty infty displaystyle infty infty infty x displaystyle x infty infty x displaystyle x infty infty x 0 displaystyle x over infty 0 x 0 displaystyle x over infty 0 Si x gt 0 x displaystyle x gt 0 x cdot infty infty y x displaystyle x cdot infty infty Si x lt 0 x displaystyle x lt 0 x cdot infty infty y x displaystyle x cdot infty infty displaystyle infty infty infty infty infty infty displaystyle infty cdot infty infty infty infty infty displaystyle infty cdot infty infty infty infty infty Las identidades anteriores son perfectamente formalizables en el analisis no estandar asociado a los numeros hiperreales Limites indeterminados no es posible determinar a priori su valor como en el resto de los ejemplos no hay un valor asignado 0 displaystyle 0 cdot pm infty qquad infty infty 1 0 0 0 displaystyle qquad 1 pm infty qquad 0 0 qquad pm infty 0 0 0 displaystyle frac 0 0 qquad pm infty over pm infty Analisis no estandar Editar Articulo principal Analisis no estandar El analisis no estandar amplia la teoria de los numeros reales Desde el punto de vista logico los numeros reales pueden ser entendidos como un lenguaje formal en el que se da por supuesto la existencia de ciertos objetos y en el cual se puede deducir la existencia de otros objetos En terminos de lenguajes formales el analisis no estandar es una extension logica de la teoria ordinaria de los numeros reales que ademas es conservadora en el sentido que sus teoremas deducibles coinciden con los deducibles en la teoria ordinaria de los numeros reales Si bien esta extension parece antieconomica desde el punto de vista de la navaja de Ockham ya que la complicacion introducida no altera la clase de teoremas basicos sobre los numeros reales ordinarios realmente permite hacer demostraciones mas breves derivar resultados mas facilmente que en la teoria ordinaria y frecuentemente mas intuitiva en terminos logicos En el seno del analisis no estandar se introduce un predicado nuevo st y tres nuevos axiomas que describen el uso de dicho predicado Gracias a ese predicado el conjunto de numeros descritos por el lenguaje forman se puede dividir en elementos estandar para los cuales r es estandar si st r es cierto y elementos no estandar r es no estandar si st r es cierto Los elementos estandar tienen esencialmente las mismas propiedades que los numeros reales ordinarios mientras que los elementos no estandar incluyen numeros especiales algunos de los cuales como infinitesimales o como numeros ilimitados infinitos La ventaja de la estructura logica del analisis no estandar es que se pueden usar dichos numeros y ser empleados en deducciones sin inconsistencia alguna a diferencia de las reglas heuristicas del calculo infinitesimal tradicional antes de la formalizacion del siglo XIX En el analisis no estandar pueden definirse numeros que intuitivamente se comportan como numeros infinitos gracias al predicado st es estandar Por ejemplo un numero ilimitado r satisface que para cualquier numero e del conjunto y cualquier numero natural estandar resulta que ne lt r formalmente e R n N s t n n e lt r displaystyle forall e in mathbb R forall n in mathbb N left mathrm st n land ne lt r right Obviamente el numero r no puede ser estandar ya que para numeros estandar se tiene que para cualquier numero e y cualquier r existe un natural tal que ne gt r formalmente e R n N n e gt r displaystyle forall e in mathbb R exists n in mathbb N left ne gt r right Notese que en esta expresion no aparece el predicado estandar st y por tanto es formalizable en la teoria ordinaria mientras que la nocion de numero ilimitado no es formalizable en la teoria ordinaria por carecer esta teoria del predicado st Analogamente en el analisis no estandar pueden definirse numeros infinitesimales mas pequenos en valor absoluto que cualquier numero estandar positivo De hecho el inverso de un numero ilimitado es siempre un numero infinitesimal Infinito en informatica EditarDe manera relacionada con el infinito para numeros reales algunos lenguajes de programacion admiten un valor especial que recibe el nombre de infinito valor que se puede obtener como resultado de ciertas operaciones matematicas no realizables tales como las descritas en el punto anterior u operaciones teoricamente posibles pero demasiado complejas para su trabajo en el ordenador lenguaje en cuestion En otros lenguajes simplemente se produciria un error Infinito en metafisica EditarLo infinito no puede admitir ninguna restriccion lo que supone que es absolutamente incondicionado e indeterminado ya que toda determinacion cualquiera que sea es forzosamente una limitacion porque deja algo fuera de ella Por otra parte la limitacion presenta el caracter de una verdadera negacion poner un limite es negar para lo que esta encerrado en el todo lo que este limite excluye por consiguiente la negacion de un limite es propiamente la negacion de una negacion es decir logica e incluso matematicamente una afirmacion de tal suerte que la negacion de todo limite equivale en realidad a la afirmacion total y absoluta Lo que no tiene limites es aquello de lo cual no se puede negar nada y por consiguiente aquello que contiene todo aquello fuera de lo cual no hay nada y esta idea del Infinito que es asi la mas afirmativa de todas puesto que comprende o envuelve todas las afirmaciones particulares cualesquiera que puedan ser no se expresa por un termino de forma negativa in finito sino en razon misma de su indeterminacion absoluta 3 Infinito segun la fisica aristotelica Editar El concepto finito segun la fisica aristotelica niega que existe el infinito en acto 4 Cuando habla de infinito se refiere sobre todo a un cuerpo infinito y los argumentos que aduce contra la existencia de un cuerpo finito 5 Lo infinito existe solo como potencia o en potencia 5 Infinito en potencia es por ejemplo el numero porque siempre es posible anadir a cualquier numero otro sin llegar jamas a un limite extremo tras el cual no se pueda avanzar mas o infinito en potencia es tambien el espacio porque es divisible hasta el infinito en cuanto el resultado de la division es siempre una magnitud que como tal es divisible ulteriormente finalmente infinito potencial es tambien el tiempo que no puede existir en su totalidad a la vez sino que se desarrolla y crece sin fin 5 Aristoteles no llego a entrever la idea de que lo inmaterial pudiera ser infinito debido a que asocio el concepto de infinito a la categoria de cantidad que solo puede aplicarse a lo sensible 5 Y se explica tambien que el filosofo concluyera por sellar definitivamente la idea pitagorica y en general propia de casi toda la cultura griega segun la cual lo finito es perfecto y lo infinito es imperfecto 6 Esta es la razon por la que Aristoteles tenia que negar necesariamente de Dios el atributo de la infinitud 5 Despues de esta concepcion del infinito como potencialidad e imperfeccion habia que eliminar la antigua intuicion de los milesios de Meliso y de Anaxagoras que consideraban al Absoluto como infinito tal intuicion resultaba excentrica respecto al pensamiento de toda la cultura griega y para poder renacer tendria que esperar al descubrimiento de ulteriores horizontes metafisicos 5 Historia Editar John Wallis fue el primer matematico en usar el simbolo de infinito en sus obras El simbolo de infinito Editar El simbolo displaystyle infty con que se expresa el infinito fue introducido a la notacion matematica por el matematico ingles John Wallis 1616 1703 en una de sus obras mas importantes Arithmetica Infinitorum en 1656 En 1694 fue creada la representacion grafica lemniscata por Jacob Bernoulli 1655 1705 7 Tambien se cree posible que la forma provenga de otros simbolos alquimicos o religiosos como por ejemplo ciertas representaciones de la serpiente uroboros cita requerida Otra hipotesis defiende que el simbolo parece la representacion grafica del fenomeno conocido como Analema Esta teoria tiene mas sentido si dotamos de importancia a la parte formal del diseno y a la cronologia de su origen cita requerida Se ha querido ver tambien una banda de Mobius en su forma cita requerida aunque el simbolo se uso durante cientos de anos antes de que August Mobius descubriera la banda que lleva su nombre El simbolo de infinito se representa en Unicode con el caracter 1 U 221E Cronologia 8 Ano Acontecimiento350 a C Aristoteles rechaza un infinito real 1639 Gerard Desargues introduce la idea del infinito en la geometria 1655 Se atribuye a John Wallis haber sido el primero en utilizar elsimbolo displaystyle infty para el infinito 1874 Georg Cantor especifica en la teoria de conjuntos distintos ordenes de infinito Vease tambien EditarAsintota Conjuntos numerables Infinitesimal Numero transfinito Paradojas sobre el infinitoReferencias Editar Monnoyeur Francoise 1992 Infini des mathematiciens infini des philosophes Paris Ed Belin ISBN 978 2701110189 Fedriani Eugenio M Tenorio Angel F 2010 Matematicas del mas alla el infinito Union Revista Iberoamericana de Educacion Matematica 21 37 58 ISSN 1815 0640 Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2011 Guenon Rene 22 de febrero de 2016 Los estados multiples del Ser CreateSpace Independent Publishing Platform p 74 ISBN 9781530169214 Phys 4 8 a b c d e f Reale Giovanni 2007 Introduccion a Aristoteles Victor Bazterrica trad 1ª edicion Barcelona Herder Editorial p 78 ISBN 9788425414886 Consultado el 19 de junio de 2017 Phys 6 207a 7 15 di Tada Esteban 2005 2006 Los Numeros Transfinitos Crilly Tony 2009 50 cosas que hay que saber sobre las matematicas Grupo Planeta GBS p 216 ISBN 9788434488120 Mas informacion EditarManolios Panagiotis amp Vroon Daron Algorithms for ordinal arithmetic Baader Franz ed 19th International Conference on Automated Deduction CADE 19 Pages 243 257 of LNAI vol 2741 Springer Verlag Enlaces externos Editar Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Infinito Datos Q205 Multimedia Infinity Citas celebres InfinitoObtenido de https es wikipedia org w index php title Infinito amp oldid 136003311, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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