问题

数学上是否存在 X,使 X=X+1,且 X=X^X?即:是否存在一些情况,使方程中的 X 不能移项?

回答
在咱们熟悉的实数体系里,你想找一个 X 满足 X=X+1,这事儿办不到。你想啊,要是 X 真的等于 X+1,那把 X 从等式两边都“拿走”,不就成了 0=1 了嘛?这显然是胡扯,所以实数里绝对没有这样的 X。

那再看 X=X^X 这个事儿。这个方程在实数里也不是随便什么数都能满足的。比如 X=2,2=2^2 就不对,2=4 嘛。X=1,1=1^1,这个倒是对的。X=0.5,0.5 = (0.5)^(0.5),这个也不太直观,但你可以试试算一下。

但你问的是“不存在一些情况,使方程中的 X 不能移项”。这话说得挺有意思的,好像在暗示我们去一些“不那么规矩”的数学领域找找看。

在一些更抽象的数学结构里,比如在某些“模”运算下,或者在一些非标准的逻辑体系里,情况就可能变得不一样了。但即便是那样,也通常不是说 X 本身“不能移项”,而是我们对“等于”这个概念的理解,或者对“加法”、“乘方”这些运算的定义,和我们平常想的不一样了。

举个例子,在一些代数结构里,可能会有“零因子”。零因子是说,两个不为零的数相乘,结果可以是零。在这样的结构里,我们处理等式的时候,很多习惯性的“移项”操作,比如两边同时除以某个数,就可能失效了,因为那个数可能“不那么好除”。

但是,回到你最开始的那个问题:X=X+1 和 X=X^X,而且是你说的“X 不能移项”的那种情况。

我们通常说的“移项”是基于等式的性质:如果 a=b,那么 a+c = b+c,以及 ac = bc(当然,除法有个限制,不能除以零)。这些都是建立在数本身的加减乘除运算以及逻辑上的“同一律”上的。

如果你要找一种情况,让 X=X+1 这个等式“成立”,而且“X 不能移项”,那这个“X”就不是我们熟悉的数字了。可能是某种符号,在某种规则下,被定义成了“等于”它自己加上“1”,而且在进行运算时,不能把它当作一个可以随意“拿掉”或者“消掉”的东西。

更进一步说,如果一个东西,它被定义为“等于”它自己加上一个“单位”(这里的“1”可以理解为某种单位),并且我们不能对它进行“抵消”或者“移项”的操作,那它就不是我们日常所理解的那个“数”了。它可能更像是一个符号,在特定的规则下被赋予了特殊的意义。

所以,在严格的数学意义上,在我们所熟悉的数的体系下,X=X+1 是不可能成立的,也就谈不上“X 不能移项”的问题了。如果我们要让它“成立”,就得进入一个完全不同的、非标准的数学框架,在那里,“X”的意义,“+”的意义,“=”的意义,乃至“移项”的意义,都可能需要重新定义,而且往往是由于这些基础定义上的改变,才导致了你所说的“不能移项”的现象出现。但那已经不是在讨论“能不能找到一个数”的问题,而是在构建一套新的数学规则了。

网友意见

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谢邀。

讨论数学首先要在一个论域里面讨论。光就题主这个问题,我可以举出很多例子,比如我以前提到的Boolean semifield,满足1+1=1;比如还可以考虑基数算术(注意我说的是基数算术不是序数算术),那么对任意无穷基数k,都有k=k+1。不过X=X^X倒是没办法在基数算术下实现(当然除了X=1这个平凡的例子),因为2^X>X。

但是我这么随机地抛出这么几个例子,没学过集合论的同学肯定看得云里雾里。如果我学得更多,还可以抛出更多形式上长得像X+1=X的例子。但是这对增进大家对数学的理解有什么用呢?

对数学的讨论,首先要明确我们讨论的范围——我们使用的每个符号是什么意思,我们想通过这些符号、这些符号组成的公式表达什么样的含义。光看一个个抽象的公式,却不知道这些公式背后的含义,有什么用呢?对数学了解不多的人,可能会觉得数学里只有“一种”——只有一种数,只有一种加法乘法,等等。他们想通过限制数学的含义,数学的内容,来获得对数学的一种简单的、统一的理解,但是他们没有意识到这种“统一化认识”的思维惰性扼杀了他们认识大部分数学的可能性。数不是只有一种,除了实数复数,还可以有有限域里的“数”,还可以有p-adic数;加法也不一定指自然数或者实数复数的加法,也可以指我上面提到的基数算术和序数算术里的加法,这还是两种不同的加法。乘法也不一定指 数的乘法,还可以指 矩阵的乘法,矩阵的乘法还不满足交换律——我相信这是对很多数学初学者的“数学三观”的一次冲击。等等等等。

所以最后总结一下:讨论数学,首先要明确论域,明确我们是在什么样的背景、什么样的上下文(context)里面讨论问题,提到的每一个概念,除非是“集合”这种原初概念,都要给出定义,使用的每一个符号,也要解释它们分别代表什么意思。“数学上是否存在X使X=X+1,且X=X的X次方”,这种问题,我只能首先反问一句:X是什么?你想讨论的加法,是什么含义下的加法?你希望我举出什么样的例子?

没有明确的定义,没有context,这样的东西,不叫数学,只能叫胡言乱语。

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