Non numerabilità dei reali

I numeri reali li conosciamo tutti, sono quei numeri tipo Pi greco (π = 3,141592…).
La cosa interessante di questi numeri è che non sono numerabili. Ora, se indichiamo l’insieme dei numeri reali con la lettera ℜ, allora diciamo che ℜ è numerabile se e solo se ogni elemento appartenente ad esso può essere messo in corrispondenza biunivoca con i numeri naturali (1, 2, 3, …). Che cos’è la corrispondenza biunivoca? Niente di difficile, significa solo che: se ci immaginiamo i numeri disposti in ordine crescente su una retta, allora ad ogni numero reale corrisponde uno ed un solo numero naturale e viceversa. Possiamo immaginare la situazione così:

1, 456830 ↔ 1
1, 485003 ↔ 2
2, 068428 ↔ 3
2, 858003 ↔ 4
3, 264593 ↔ 5

E così via ad infinitum. Il punto è: instaurare una corrispondenza biunivoca fra questi due insiemi (quello dei numeri naturali e quello dei numeri reali) è possibile?
Secondo Georg Cantor (1845-1918) la risposta è: no, non è possibile. I numeri reali non sono numerabili. Detto altrimenti: nell’insieme dei numeri naturali diciamo che la serie dei numeri è discreta, ossia a 1 segue un 2, a 2 segue subito 3, a 3 segue subito 4 e così via. Nell’insieme dei reali, invece, la serie dei numeri è continua: fra 1 e 2 ci sono infiniti numeri! Cioè: 1, 00000 < 1, 00001 < 1, 00002 < … < 2.
Ma come si fa a dimostrare che i numeri reali, quindi, non sono numerabili? Eh la dimostrazione è anch’essa piuttosto semplice e fa uso del metodo diagonale (o diagonalizzazione) inventato dallo stesso Cantor.
Dimostrazione: per assurdo
Supponiamo che l’insieme dei reali sia numerabile e scriviamo:
(1) Num(ℜ)
Se questo insieme è numerabile, allora lo sarà anche l’intervallo fra 0 e 1 appartenente ai numeri reali, cioè la serie: 0, 00000 < 0, 000001  <  … <  1. Scriviamo quindi:
(2) Num([0, 1])
Se questo intervallo è numerabile, allora possiamo indicare tutti i numeri decimali all’interno di questo intervallo disponendoli in una matrice (tabella). Chiamiamo questi numeri compresi fra 0 e 1 con la lettera greca α, allora:
(3) < α1, α2, α3, α4 > ∈ ℜ
α1 = 0, 8 2 1
α2 = 0, 3 3 2
α3 = 0, 4 3 8
α4 = 0, 4 5 8 1
Per semplicità fermiamoci al quarto numero compreso fra 0 e 1, supponendo di averli enumerati tutti. Adesso, però, possiamo usare il metodo della diagonale di Cantor e prendere le cifre che ho evidenziato in grassetto per costruire un nuovo numero che chiamiamo β, che avrà la forma:
(4) β = 0, 3 8 4 1
Questo numero, appartiene ancora all’insieme dei numeri compresi fra 0 e 1 e sarà uno dei numeri che, presumibilmente, viene dopo α4. Tuttavia possiamo definire adesso un nuovo tipo di numero, β*, tale che questo β* differisca per costruzione da ogni altro numero appartenente all’intervallo fra 0 e 1. Come? Così:
(5) β* = ∀∈ β → n +1.
Ossia, possiamo costruire questo numero β* non compreso nella precedente tabella aggiungendo un +1 ad ogni numero decimale di β.
(6) β* = 0, 4 9 5 2
Questo nuovo numero, per come lo abbiamo costruito, differisce al più per una cifra da ogni altro numero che esiste nella tabella. Questo numero appartiene all’intervallo [0, 1]. Eh ma noi avevamo supposto che quell’intervallo fosse già stato enumerato completamente! Ergo: siamo caduti in un assurdo: pur supponendo di aver un intervallo completamente enumerato, esiste un numero non elencato nell’enumerazione di quell’intervallo. Quindi: l’intervallo fra 0 e 1 non è numerabile!
(7) ¬Num([0, 1])
E a maggior ragione se una sua parte non è numerabile, allora non sarà numerabile neanche l’intero insieme dei numeri reali. Quindi:
(8) ¬Num(ℜ).

QED

La dimostrazione è conclusa e, in modo ingegnoso ma semplice, siamo riusciti a dimostrare il teorema della non numerabilità dei numeri reali.


∃x(φ)

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