¿Por qué es [math] \ frac {\ infty} {\ infty} \ neq1 [/ math]?

Debes seguir la regla del infinito de Bustany:

La intuición y el infinito no se mezclan

En segundo lugar, después de haber separado su intuición, debe aprender que hay muchas infinidades diferentes rigurosamente definidas en matemáticas. Si aprende al menos un par de estos, puede demostrar su genio en las “fiestas matemáticas” simplemente diciendo

Cual infinito?

El infinito “completado” más simple es el de los números naturales, [math] \ mathbb {N} = \ {0,1,2,3, \ dotsc \} [/ math], cuya cardinalidad se designa [math] \ aleph_0 [/ math] (pronunciado “aleph null”).

El segundo infinito más conocido es la cardinalidad de los números reales, también conocida como la cardinalidad del continuo, [math] \ mathfrak {c} [/ math]. El famoso argumento diagonal de Cantor demostró que [math] \ mathfrak {c} [/ math] es estrictamente mayor que [math] \ aleph_0 [/ math].

El símbolo más conocido para infinito es [math] \ infty [/ math] pero eso no es un infinito en absoluto. Más bien se usa para representar un límite de algún tipo. Por ejemplo, el límite de las sumas finitas [matemáticas] \ suma \ límites_ {i = 0} ^ {N} {\ frac1 {2 ^ i}} [/ matemáticas] a medida que [matemáticas] N [/ matemáticas] aumenta “hasta el infinito “is [math] 2 [/ math] se escribe como

[matemáticas] \ suma \ límites_ {i = 0} ^ {\ infty} {\ dfrac1 {2 ^ i}} = 2 [/ matemáticas]

Este tipo de infinito no es un número y no debe usarse en expresiones aritméticas. Pero [math] \ aleph_0, \ mathfrak {c} [/ math] y otros infinitos como el Ordinal infinito más pequeño, [math] \ omega [/ math], son números perfectamente respetables y aparecen en expresiones aritméticas.

Ahora, con respecto a la división, generalmente se define en términos de multiplicación. Es decir:

[matemáticas] a \ div b = c \ equiv a = c \ veces b [/ matemáticas]

El problema con muchos infinitos, como [math] \ aleph_0 [/ math], es que multiplicar el infinito por cualquier número finito, [math] n [/ math], te da ese mismo infinito, entonces [math] n \ times \ aleph_0 = \ aleph_0 \ times n = \ aleph_0 [/ math]. Esto implica que [math] \ aleph_0 \ div \ aleph_0 [/ math] no se puede definir de forma exclusiva 🙁

Para infinitos ordinales, sin embargo, la multiplicación puede dar un infinito diferente. En particular, [math] \ omega \ times2 = \ omega + \ omega \ neq \ omega [/ math] pero, antes de dejarse llevar, [math] 2 \ times \ omega = \ omega [/ math]. Así es: la multiplicación ordinal transfinita y la suma no es conmutativa. Entonces, hay una división izquierda única tal que [math] \ omega = \ omega \ times n [/ math] dando [math] n = 1 [/ math] pero sin la correspondiente división a la derecha.

Podría pasar a los números surrealistas , donde los infinitos se vuelven casi normales, pero creo que entiendes el punto 🙂

Aunque aquí hay muchas respuestas del tipo “Infinito no es un número”, en los sistemas matemáticos donde existe una noción bien definida de cantidades infinitas, entonces la respuesta puede ser o no 1. Para responder la pregunta , debes definir rigurosamente a qué tipo de infinito te refieres.

Por ejemplo, el ejemplo de Hans Hyttel de cardenales infinitos muestra una división bien definida en cantidades infinitas, donde el primer ordinal infinito dividido por sí mismo es de hecho igual a uno. Pero en este sistema dos veces infinito no es igual a infinito. La teoría de los números surrealistas proporciona, además de un valor infinito “[math] \ omega [/ math]”, una variedad de otros números no estándar como infinitesimales (y, de hecho, una familia completa de números infinitos en los que la aritmética estándar está bien -definido)

Ciertamente es posible definir extensiones simples de anillos o campos arbitrarios (los racionales, reales o incluso campos finitos) con infinito positivo y negativo. No es que estas extensiones no estén definidas como álgebra, sino que ya no tienen la estructura de un anillo o campo. Eso es lo que muestran la mayoría de los ejemplos aquí, no es que sea imposible para [math] \ infty / \ infty = 1 [/ math] sino que una vez que tenga esa regla, ya no podrá satisfacer las reglas ordinarias de multiplicación y suma.

Sin embargo, mi contraejemplo favorito para “Infinito no es un número” es que la aritmética de coma flotante define el infinito como uno de los valores que se pueden representar, ¡y es el resultado de muchas operaciones! Sin embargo, en coma flotante IEEE, tenemos Inf / Inf = NaN en lugar de uno. La razón de esto es que nunca deberíamos poder volver de un valor indefinido o fuera de límites a un número normal. Eso podría introducir condiciones límite extrañas u otros errores, por lo que la elección de que las operaciones en Inf solo produzcan Inf nuevamente, o NaN, asegura que las condiciones de desbordamiento se propaguen a través de un cálculo.

Siento que muchas de las respuestas aquí toman los conceptos intuitivos y los oscurecen con notación, lo cual es una pena, porque hay un excelente modelo intuitivo y correcto para todo esto: la paradoja de Hilbert del Grand Hotel. La idea es que tenemos un hotel con un número infinito de habitaciones, y como resultado suceden cosas interesantes.

Veamos qué entendemos por división: queremos saber cómo distribuir las cosas por igual. Con un hotel finito, esto es muy sencillo: si nuestro hotel tiene cuatro habitaciones y tenemos cuatro huéspedes, cada uno tiene una habitación. Es muy limpio y simple. Pero con un hotel infinito, esto se vuelve confuso. Supongamos que tenemos un número infinito de habitaciones y un número infinito de invitados. Bueno, ciertamente parece que podemos asignar una habitación a cada huésped; Comencemos con esto. Hay un invitado en la sala 1, sala 2, sala 3 … y así sucesivamente. Pero ahora, supongamos que llegan parientes; De repente, cada uno de nuestros huéspedes originales, todos infinitos, necesita dos habitaciones en lugar de una. ¿Qué podemos hacer? Nuestro recepcionista de pensamiento rápido se pone en acción y hace que cada huésped se mueva de su habitación original a la habitación cuyo número es el doble. (El botones aprecia menos el ingenio de esta solución). Entonces, el huésped en la habitación 1 se mueve a la habitación 2, el huésped en la habitación 2 se mueve a la habitación 4, el huésped en la habitación 3 se mueve a la habitación 6, y así sucesivamente. Claramente, cada huésped sabe a qué habitación moverse, por lo que no debería haber ningún problema. Pero esto ahora significa que las habitaciones impares están disponibles; el huésped ahora en la habitación 2 puede poner a un pariente en la habitación 1, el huésped en la habitación 4 puede poner a un pariente en 3, y así sucesivamente, la habitación justo antes de la nueva habitación de cualquier huésped es gratis para los familiares de ese huésped.

Pero esto nos muestra tomando infinitas habitaciones y dividiéndolas entre infinitos invitados con una habitación por huésped, y luego tomando el mismo conjunto de habitaciones e invitados y dividiéndolos en dos habitaciones por huésped. Este tipo de juegos no funcionaría con un número finito de habitaciones: con nuestro hotel de cuatro habitaciones, no puede trasladar a todos sus invitados a habitaciones con el doble de número de habitación, porque los invitados en la habitación 3 y la habitación 4 están asignados a habitaciones 6 y 8, y el hotel no tiene esas. Pero nuestro hotel infinito definitivamente tiene esos. De hecho, no podemos encontrar ningún número de habitación en nuestro hotel infinito cuyo doble no esté también presente.

Definitivamente, hay algo extraño en esto: el infinito simplemente no se comporta como lo hacen las cantidades normales. Esto es lo que las personas en estas respuestas quieren decir cuando dicen que el infinito no es un número y no puede ser tratado como uno; los patrones que vemos con números, como “un número particular de objetos se pueden dividir equitativamente entre un número particular de grupos de una sola manera”, no se sostienen hasta el infinito. Tener un símbolo para eso nos hace querer ver cómo juega con los otros símbolos que usamos en matemáticas, pero tenemos que volver a los conceptos subyacentes para ver qué significan esas cadenas de símbolos.

Es más o menos la definición de infinito que infinito / infinito no tiene un valor bien definido.

Es decir, una definición común de un conjunto infinito es una que se puede poner en correspondencia 1: 1 con un subconjunto apropiado de sí misma.

Entonces puede tomar digamos los números naturales, 1, 2, 3, … y ponerlos en correspondencia 1: 1 con digamos los números pares, 1-2, 2-4, 3-6, … sin quedarse sin números pares y tener que usar números no pares (el tipo de problema que encontraría con un conjunto finito, como 1, … 10). Y puedes hacer este tipo de cosas de infinitas maneras diferentes.

Entonces, aunque probablemente quería leer infinito / infinito como algo así como (número de números naturales) / (número de números naturales) y obtener 1, es igual (número de números naturales) / (número de números pares) = 2. Si solo tuviera el valor bien definido 1, ¡no sería infinito / infinito!

Si [matemáticas] \ frac {\ infty} {\ infty} = 1 [/ matemáticas]

y [matemáticas] 2 \ veces \ infty = \ infty [/ matemáticas]

entonces, ¿qué pasa con [matemáticas] \ frac {2 \ times \ infty} {\ infty} =? [/matemáticas]

¿Son dos ? O es uno ? ¿O es otra cosa?

Asumir que infinito dividido por infinito es igual a uno le dará una contradicción lógica.

¡Porque el infinito no es un número! El infinito es un proceso de crecimiento para siempre. Literalmente, la palabra significa “sin fin”. (in = not, finis = finish) Entonces, “infinito sobre infinito” significa “un número grande que se hace cada vez más grande dividido por otro número grande que se hace cada vez más grande”.

Pero Big / Big podría ser 1,000,000 / 1,000,000,000, que es pequeño, o podría ser
1,000,000,000 / 1,000,000, que es enorme, o algo intermedio.

Ya hay excelentes respuestas aquí. Solo intentaré ponerlo en términos más laicos.

El infinito es en gran medida un valor abstracto. No es un número definido en el que pueda realizar algunas de las operaciones matemáticas, como sumar o restar.

La operación de división x / x = 1, es verdadera solo cuando x se define adecuadamente. Pero como el infinito es un valor bastante abstracto e indefinido, el infinito dividido por el infinito no es igual a uno.

El mismo concepto es válido para el infinito restado por el infinito es * no * igual a cero.

Muchas de las respuestas aquí usan una noción de infinito que no está bien definida. Esto se debe a que el concepto de infinito no corresponde a un objeto numérico en el análisis real. Si una serie de valores reales [matemática] \ {a_n \} [/ matemática] tiende al infinito, esto simplemente significa que el conjunto de términos de la serie no está limitado desde arriba, no que haya algún objeto numérico que sea El límite de la serie. Por supuesto, podemos hablar de los reales extendidos extendiendo [math] \ mathbb {R} [/ math] por dos objetos, [math] – \ infty [/ math] y [math] \ infty [/ math] que tienen el propiedad de ser menor que, respectivamente, mayor que cualquier número real.

En la teoría de conjuntos, la aritmética ordinal hace posible hablar de infinitos ordinales. Esto, sin embargo, también significa que hay más de un tipo de infinito. Un ordinal es un conjunto hereditario transitivo, es decir, un conjunto que es transitivo wrt. la relación de membresía y cuyos elementos también son transitivos. De esta manera, podemos definir un ordinal [math] x [/ math] como infinito si existe una biyección entre [math] x [/ math] y un subconjunto apropiado [math] y \ subset x [/ math].

En aritmética ordinal tenemos un lema de división que establece que para dos ordinales [matemática] x [/ matemática] y [matemática] y [/ matemática] (que puede ser finita o infinita, [matemática] y> 0 [/ matemática] ) tenemos que existen [matemáticas] a, b [/ matemáticas] de modo que

[matemáticas] x = y \ veces a + b [/ matemáticas]

con [matemáticas] b

Debido a que Infinity no es un valor que se pueda dividir, el resultado es indefinido.
Por ejemplo, considere:
[matemáticas] \ frac {1 + 1 + \ ldots} {2 + 2 + \ ldots} [/ math]
Al principio, puede pensar que es igual a [matemáticas] \ frac {1} {2} [/ matemáticas], pero si agrupa cada segundo 1, obtiene:
[matemáticas] \ frac {(1 + 1) + (1 + 1) + \ ldots} {2 + 2 + \ ldots} = \ frac {2 + 2 + \ ldots} {2 + 2 + \ ldots} [/ matemáticas]
Que se parece a [matemáticas] 1 [/ matemáticas].

[math] \ lim_ {n \ rightarrow \ infty} \ frac {n} {n} [/ math], sin embargo, es igual a [math] 1 [/ math], como el valor de [math] n [/ math] no cambia.

Aquí hay algunos ejemplos simples. Consideremos 3 funciones:

[matemáticas] f (x) = x [/ matemáticas]

[matemáticas] g (x) = 2x [/ matemáticas]

[matemáticas] h (x) = x ^ 2 [/ matemáticas]

Entonces tenemos:

[matemáticas] \ lim_ {x \ to \ infty} f (x) = \ lim_ {x \ to \ infty} g (x) = \ lim_ {x \ to \ infty} h (x) = \ infty [/ math ]

Así que echemos un vistazo a algunas razones:

[matemáticas] \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {g (x)} {f (x)} = \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {2x} {x} = \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {2} {1} = 2 [/ math]

[matemáticas] \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {f (x)} {h (x)} = \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {x} {x ^ 2} = \ lim_ { x \ to \ infty} \ frac {1} {x} = 0 [/ math]

[matemáticas] \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {h (x)} {g (x)} = \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {x ^ 2} {2x} = \ lim_ { x \ to \ infty} \ frac {x} {2} = \ infty [/ math]

Entonces, cada una de estas funciones tiene un valor de infinito a medida que tomamos el límite, pero sus proporciones tienen valores diferentes. El infinito no es realmente un número, por lo que no puedes dividirlo como si fuera un número. Infinity es realmente una forma de decir que cierto valor puede ser tan grande como quieras que sea.

Gran pregunta!

De hecho, en el concepto de límite hay dos nociones:
1) el valor del límite
2) la velocidad de convergencia

Cuando escribe [math] \ frac {\ infty} {\ infty} [/ math] se olvida por completo de la velocidad, por lo que no puede deducir el resultado.

Lo alentaré a que observe la notación Big O que describe el comportamiento limitante. La mayoría de los operadores básicos trabaja con este concepto.

Esto se debe a que no todas las funciones tienen la misma velocidad a la que alcanzan el infinito. Y es por esta misma razón que tenemos la Regla de L’Hospital.

El usuario de Quora proporcionó una increíble explicación laica de por qué el infinito dividido por el infinito no es igual a uno.

Sobre la base de lo que dijo, considere esto. El infinito no es un número . Por lo tanto, no puedes simplemente dividir infinito por infinito.

Realmente no comenzamos a comprender el infinito hasta que Isaac Newton y Gottfried Wilhelm Leibniz desarrollaron el cálculo a fines del siglo XVII. Fue solo con el concepto de Límite (matemáticas) que incluso pudimos comenzar a tratar con el infinito de una manera rigurosa y significativa.

Cuando hablamos de una relación de dos infinitos (que es el concepto más cercano a “dividir infinito por infinito” que aparece en las matemáticas) tenemos que reconocer que a medida que los diferentes procesos se acercan al infinito, pueden hacerlo a diferentes velocidades. La realidad es que dos cantidades diferentes que divergen hasta el infinito pueden hacerlo en cualquier relación entre el infinito positivo y el negativo.

Por ejemplo, considere la razón de e (la base de los logaritmos naturales, elevada a la potencia x , dividida por x . Ahora, tanto e ^ x como x proceden al infinito. Por lo tanto, para tener una idea de su “relación” a medida que avanzan hasta el infinito, usamos lo que se llama la regla de L’Hôpital para derivar el límite de la “forma indeterminada” (tenga en cuenta que todavía estamos interesados ​​en el límite de esta relación, que es la única forma que tenemos de tratar con el “infinito” de una manera significativa.)

Usando la regla de L’Hôpital, tomamos la derivada de e ^ x y x. Si no está familiarizado con este proceso, confíe en mí, estos derivados son:

  • La derivada de e ^ x es e ^ x
  • La derivada de x es 1.

Cuando así “dividimos” la derivada de e ^ x por 1 obtenemos e ^ x, que procede al infinito a medida que x va al infinito. Por lo tanto, aunque ambas cantidades van al infinito, e ^ x va allí “infinitamente más rápido”.

Para que el punto de Aaron sea un poco más riguroso, considere el caso algo trivial de la relación de π x a x. (Elegí π porque es una de mis constantes favoritas). Ahora ambos van al infinito cuando x va al infinito, así que nuevamente usando la regla de L’Hôpital obtenemos que el límite de la relación π x a x cuando x va al infinito es La relación de sus derivados. La derivada de π x es π y la derivada de x es 1. Por lo tanto, aunque ambos números se aproximan al infinito, la relación a la que se aproximan siempre será π.

Como elegí π bastante arbitrariamente, debería quedar claro que esa relación puede ser cualquier número real. No puedo hablar con autoridad sobre los números complejos a este respecto, ya que no he llegado tan lejos con mis matemáticas. Quizás alguien más pueda retomar este hilo allí.

Primero debe comprender el símbolo [math] \ frac {\ infty} {\ infty} [/ math]. Eso no es lo mismo que una fracción numérica. Es solo un símbolo que no tiene ningún significado numérico definido al decir que tanto el numerador como el denominador son funciones que tienden al infinito.

Dependiendo de cuáles sean sus funciones involucradas, puede tener cualquier respuesta posible. Espere hasta que aprenda qué significa este símbolo en Cálculo, verá. Antes de eso, es una tontería hacer una pregunta como esta.

Esto se usa especialmente en cálculo, no en teoría de conjuntos. En la teoría de conjuntos, tenemos [math] \ aleph_0 [/ math], [math] \ aleph_1 [/ math]. La conjetura del continuo dice que no hay otro infinito entre [math] \ aleph_0 [/ math] y [math] \ aleph_1 [/ math]. Un hecho básico es [math] \ aleph_1 = 2 ^ {\ aleph_0} [/ math].

Hay otros infinitos, por ejemplo, en números complejos, pero no hay un símbolo especial para eso. Eso nunca se usa en computación.

Debido a que Infinity no es un número, es una idea que significa ‘interminable’ o ‘algo que no es finito’.

Como no son finitos, no puedes concluir que
infinito en el numerador = infinito en el denominador

¡Y por lo tanto infinito dividido por infinito! = 1

No puedes tratar el infinito como un número real, o te encuentras con problemas extraños como la paradoja de Xeno, donde una flecha nunca podría alcanzar su objetivo porque primero tendría que pasar por infinitos puntos. Dale una pulgada al infinito y te tomará todo. Cualquier regla o identidad de números reales no se aplica necesariamente.

En este caso, parte del problema es que no todos los infinitos son iguales, algunos son más grandes que otros y, sin embargo, todos son infinitos.
[math] \ frac {\ infty} {\ infty} [/ math] podría ser 1, pero también podría ser 0, o 2, o infinito. No puede tener algo igual a dos valores diferentes, por lo que no está definido.

Los matemáticos encontraron una manera de sortear las limitaciones prácticas del infinito mediante el uso de límites.

[math] \ frac {\ infty} {\ infty} = \ emptyset [/ math], pero [math] \ lim_ {x \ to \ infty} \ frac {x} {x} = 1 [/ math]

El resultado no es 1 ni está indefinido; Es indeterminado.

Básicamente, para entender el infinito dividido por el infinito, necesitamos usar límites.

Considere dos funciones:

[matemáticas] f (x) = 2x [/ matemáticas]
[matemáticas] g (x) = x [/ matemáticas]

Podemos ver que en cualquier valor para x, f (x) será dos veces g (x). A medida que x crece, acercándose al infinito, esto es cierto. Sin embargo, no podemos decir que el infinito dividido por el infinito es dos, decimos que:

[matemáticas] \ lim_ {x -> \ infty} \ frac {f (x)} {g (x)} = 2 [/ matemáticas]

Puede ver que si f (x) fuera 3x, sería 3 y si fuera 4x sería 4 y así sucesivamente. Por lo tanto, mientras que el infinito dividido por el infinito es indeterminado (no podemos decir en qué se basaría solo en eso), si conocemos las funciones específicas que estamos tratando, los límites pueden darnos la respuesta.

La división se define como la función inversa de la multiplicación. En términos simples, la función es una relación que solo puede tener un valor. Por ejemplo, x ^ 2 es una función, pero la raíz cuadrada de x no es una función, por ejemplo, root (4) puede ser +2 o -2, pero 2 ^ 2 puede ser solo 4.

2 X 3 = 6

Por lo tanto, 6/3 = 2

Además, tenga en cuenta que 2 es el único número que se puede multiplicar por 3 para obtener 6. Por lo tanto, la división de 6/3 es una función válida.

Pero

1 X Inf = Inf
2 X Inf = Inf
y así

Por lo tanto, no podemos encontrar un número único tal que su producto con Inf sea Inf. Por lo tanto, la división del infinito por infinito no es una función válida. Es un indeterminado.

Es porque el infinito no es un número. ¡Lo que te enseñan en la escuela secundaria es una mentira descarada! El infinito representa una función creciente.
En una secuencia infinita, si el límite de la función no converge a un valor, significa que diverge. ¿Pero diverge a qué? ¿Infinito? Pero podría llegar a un billón de funciones que divergen hasta el infinito.

Entonces, el numerador y el denominador en su pregunta podrían ser términos de diferentes secuencias divergentes. ¿Limitar como n tiende al infinito de (n ^ 2 +1) / n igual a 1? no
¡Por lo tanto, infinito dividido por infinito es una forma indeterminada!
No tenemos forma de saber que el infinito es una función creciente de qué tipo de secuencia.

Infinito sobre infinito surge al determinar el límite de una función. En algunos casos, infinito sobre infinito será infinito, o cero, o cualquier otro valor posible. A veces puede ser 1, normalmente no lo es. Por ejemplo (todos los límites son para x aproximarse al infinito):
– lim (x + 1) / (x-1) = infinito sobre infinito. Es indeterminado el valor del límite. En este caso, después de algunas manipulaciones rápidas, es 1. (Dividimos ambos por x)
– lim (2x ^ 2-3) / (3x + 23) = infinito sobre infinito. Es indeterminado el valor del límite. Después de dividir ambos por x, el límite resulta ser infinito
– lim (x + 100) / (x ^ 2-1) = infinito sobre infinito. Es indeterminado el valor del límite. Dividiendo ambos por x, el límite es 0
– …
La pregunta con infinito sobre infinito es que no es obvio el resultado, puede ser una variedad de valores