Warum ist die Fakultät von 0 gleich 1?

#3908024
Lesenswert?

Wenn ich zu n Elementen 1 Element hinzufüge, dann multipliziert sich die 
Anzahl mögliche Permutationen mit n + 1. Wenn ich also mit 0 Elementen 
starte, so ergibt sich zwingend 0! = 1.


Willi Wacker schrieb:
> Ich denke das stärkste Argument ist: So ist es definiert (Upps!) Und es
> klappt gut.

Eine ähnliche Diskussion hatten wir kürzlich für die Division durch 
null. Dort lief es dann darauf hinaus, dass je nach Blickwinkel eine 
unterschiedliche Definition von x/0 denkbar wäre. Letztlich lassen sich 
die Blickwinkel aber nicht zusammenführen, weshalb x/0 am vernünftigsten 
als "undefiniert" definiert wird. Hier bin ich aber der Meinung, dass es 
nicht eine Definition ist, sondern sich logisch ergibt.
#3908032
Lesenswert?

P. M. schrieb:
> Wenn ich zu n Elementen 1 Element hinzufüge, dann multipliziert sich die
> Anzahl mögliche Permutationen mit n + 1. Wenn ich also mit 0 Elementen
> starte, so ergibt sich zwingend 0! = 1.

aber Fakultät wurde mal mit natürliche Zahlen erfunden und nach alter 
Definition ist 0 keine natürliche Zahl neuerdings ja, heute werden beide 
Sichtweisen als zulässig betrachtet was schon verwundert, je nach dem 
wie's besser passt?

http://de.wikipedia.org/wiki/Nat%C3%BCrliche_Zahl
Moderator Persönliche Seite #3908040
Lesenswert?

Ausserdem muss 0! = 1 sein, sonst wäre e = 1,71828... und nicht 
2,71828...

;-)

P.S.

Da fällt mir was nettes ein:

Man nehme ein Glücksrad, welches alle Zahlen zwischen 0 und 1 
beinhaltet. Dort dreht man solange, bis die Summe der Ergebnisse die 1 
überschreitet. Dann beginnt ein neues Spiel.

Wie oft muss man das Rad durchschnittlich pro Spiel drehen?
#3908063
Lesenswert?

Joachim B. schrieb:
> aber Fakultät wurde mal mit natürliche Zahlen erfunden und nach alter
> Definition ist 0 keine natürliche Zahl neuerdings ja, heute werden beide
> Sichtweisen als zulässig betrachtet

Null ist aber ein sinnvoller Wert für eine Anzahl. Du kannst 0, 1, 2, n 
Bücher im Regal haben. Wenn du 1 Buch im Regal hast und eines wegnimmst, 
dann hast du 0 Bücher. Die Null passt da also rein. Für negative Zahlen 
geht das nicht mehr: Wenn du 0 Bücher hast, dann kannst du keines mehr 
wegnehmen.
#3908065
Lesenswert?

Wenn du die Fakultät als Spezialfall der Gamma-Funktion (für ganzzahlige 
Argumente größer 1) betrachtest, gemäß
und dann die Integraldarstellung der Gamma-Funktion für positive 
Argumente betrachtest:
dann siehst du, dass für
 herauskommt.
#3908086
Lesenswert?

Frank M. schrieb:
> Genau aus dem Grunde steht doch der Smiley da drunter. Oder muss ich für
> Dich Schnellmerker noch ein SCNR drunterschreiben?

Die Fakultät ist ein typisches Beispiel für eine pragmatische 
Definition: man konstruiert sie so, dass sich möglichst viele 
verschiedene Berechnungen, in denen Kettenprodukte aufeinanderfolgender 
ganzer Zahlen vorkommen, damit konsistent handhaben lassen und bezieht 
Randfälle, die nirgends weh tun einfach mit ein.

Wer nur die Zahlen von 1..n multiplizieren will, der kommt - wie Agit A. 
- nicht auf die Idee, warum 0! 1 sein soll.

Im Übrigen ist es sehr verbreitet, ein mathematisches Modell unbesehen 
für die Realität zu nehmen und daraus ohne Rücksicht darauf, ob das 
Modell den konkreten Fall überhaupt abdeckt, irgend welche Schlüsse 
abzuleiten.

Dein schlauer Einwurf ist von der Sorte, die das Fundament zu derlei 
Irrtümern bildet...

S. E. schrieb:
> Wenn du die Fakultät als Spezialfall der Gamma-Funktion (für ganzzahlige
> Argumente größer 1) betrachtest, gemäß

Das ist sie aber mal nicht. Leonhard Euler fand, dass die Gamma-Funktion 
für positive ganzzahlige Argumente - 1 dasselbe Ergebnis liefert, wie 
die Fakultät. Das bietet die Möglichkeit, eine reelle Erweiterung für 
die Fakultät zu definieren.

Aber daraus den Schluss zu ziehen, dass wegen Gamma(0) == 1 auch 0! == 1 
sein muss, ist erst mal nicht zwingend. Erst als man sah, dass man sich 
damit nicht nur keine Widersprüche einhandelt, sondern das Ganze sogar 
ziemlich praktisch ist, wurde die Definition der Fakultät um den 
Sonderfall 0! = 1 erweitert.

Wenn man die Mathematik nicht als geschichtslose Ansammlung von 
Glaubenssätzen ("Definitionen") betrachtet, sondern sich auch damit 
beschäftigt, wie sich das ganze Gebäude entwickelt hat, wird einiges 
klarer und anschaulicher.

Nur leider lieben es gewisse Witzbolde, die Mathematik als Gottes Wort 
zu verbreiten und sich als die Hoheprieser aufzublasen.
Moderator Persönliche Seite #3908117
Lesenswert?

Uhu Uhuhu schrieb:
> Die Fakultät ist ein typisches Beispiel für eine /pragmatische/
> Definition: man konstruiert sie so, dass sich möglichst viele
> verschiedene Berechnungen, in denen Kettenprodukte aufeinanderfolgender
> ganzer Zahlen vorkommen, damit konsistent handhaben lassen und bezieht
> Randfälle, die nirgends weh tun einfach mit ein.

Du hättest einfach mal mein Glücksrad-Rätsel oben

 a) einmal in einer Monte-Carlo-Simulation

 b) und dann noch einmal mittels mathematischer Betrachtung lösen sollen

Für b) brauchst Du die Definition und Anwendung der Fakultät (n!), für 
a) nur einen Computer mit gutem Zufallszahlengenerator.

Wenn Du dann die Ergebnisse vergleichst, würdest Du feststellen, dass 
meine "Deppenargumentation" gar nicht so deppert ist.

Mehr will ich nicht verraten.

P.S.
Die Monte-Carlo-Simulation konvergiert zwar sauschlecht, aber sie tut es 
:-)
#3908124
Lesenswert?

Frank M. schrieb:
> Für b) brauchst Du die Definition und Anwendung der Fakultät (n!), für
> a) nur einen Computer mit gutem Zufallszahlengenerator.

Und welchen Computer und welchen Zufallszahlengenerator hat Euler 
benutzt?

> Wenn Du dann die Ergebnisse vergleichst, würdest Du feststellen, dass
> meine "Deppenargumentation" gar nicht so deppert ist.

Sie ist deppert, weil sie einfach nur zufällig aus einem Haufen 
Beispielen herausgepickt ist.
Moderator Persönliche Seite #3908143
Lesenswert?

Uhu Uhuhu schrieb:
> Und welchen Computer und welchen Zufallszahlengenerator hat Euler
> benutzt?

Gar keinen. Der konnte rechnen[1].

> Sie ist deppert, weil sie einfach nur zufällig aus einem Haufen
> Beispielen herausgepickt ist.

Es ist aber ein sehr nettes Beispiel und natürlich nur ein notwendiges, 
aber kein hinreichendes Argument. Warte einfach ab, bis hier jemand die 
Lösung schreibt ;-)

Übrigens: Um eine These mathematisch zu widerlegen, reicht ein einziges 
Gegenbeispiel. Wo ist denn Deins?

[1] Mit "Rechnen" ist die Anwendung und Beweisführung mittels Formeln 
gemeint, nicht das Rechnen mit konkreten Zahlen. Nur um einem weit 
verbreitetem Missverständnis vorzubeugen...
#3908144
Lesenswert?

> Das ist sie aber mal nicht. Leonhard Euler fand, dass die Gamma-Funktion
> für positive ganzzahlige Argumente - 1 dasselbe Ergebnis liefert, wie
> die Fakultät. Das bietet die Möglichkeit, eine reelle Erweiterung für
> die Fakultät zu definieren.

Natürlich ist dieser Schluß nicht zwingend. Das ist ja das schöne an der 
Mathematik im Gegensatz zu den Naturwissenschaften. Frei nach Pipi 
Langstrumpf kann sich da jeder im Prinzip alles so definieren, wie er 
grade Lust hat, also auch welchen Wert die "Fakultät" für ihn bei 0 
haben soll.

Die Frage, die sich Mathematiker stellen lautet aber meistens: Ist das 
sinnvoll, bzw. gibt es eine eindeutige Lösung (die natürlich dann immer 
weitere Annahmen benötigt).

Für die Gamma-Funktion ist es bspw. so, dass sie die einzig mögliche 
Verallgemeinerung der Fakultät ist, wenn man sich ein paar Eigenschaften 
für eine solche Funktion wünscht (welche genau siehe Bohr-Mollerup 
Theorem). Damit macht also diese Erweiterung (und damit auch die Wahl 
0!=1) besonders viel Sinn, von der mathematischen Warte aus gesehen.
Wenn man allerdings keinen Wert darauf legt, diese Eigenschaften der 
Gamma-Funktion (und damit indirekt der Fakultät) zu erhalten, kann man 
natürlich auch eine andere Wahl treffen.

Ich wollte damit nur unterstreichen, dass es nicht reine 
Definitionssache ist, sondern, dass es durchaus starke mathematische 
Argumente für diese Wahl gibt.

Mit der geschichtlichen Entwicklung hat es übrigens meiner Meinung nach 
eher nicht so viel zu tun.
#3908174
Lesenswert?

Frank M. schrieb:
> Übrigens: Um eine These mathematisch zu widerlegen, reicht ein einziges
> Gegenbeispiel. Wo ist denn Deins?

Jetzt bist du wohl restlos überfordert... Denk einfach in Ruhe darüber 
nach.

S. E. schrieb:
> Natürlich ist dieser Schluß nicht zwingend. Das ist ja das schöne an der
> Mathematik im Gegensatz zu den Naturwissenschaften.

Ja, dieses "Glück" haben eigentlich ansonsten nur die Theologen.

Und das ist die Falle, in die Schulabsolventen, die über ein Jahrzehnt 
religiös indoktriniert wurden ("Religionsunterricht"), gerne 
hineintappen und fröhlich Urbild und Bild verwechseln und Ursache und 
Wirkung nicht auseinanderhelten können.

> Frei nach Pipi Langstrumpf kann sich da jeder im Prinzip alles so
> definieren, wie er grade Lust hat, also auch welchen Wert die "Fakultät"
> für ihn bei 0 haben soll.

In sich konsistent muss das Gedankegebäude schon sein - Pipi Langstrumpf 
gibt sich damit zufrieden, dass es in der Fantasie passt.

> Ich wollte damit nur unterstreichen, dass es nicht reine
> Definitionssache ist, sondern, dass es durchaus starke mathematische
> Argumente für diese Wahl gibt.

Das meinte ich mit dem "pragmatisch".
Moderator Persönliche Seite #3908899
Lesenswert?

Frank M. schrieb:
> Da fällt mir was nettes ein:
>
> Man nehme ein Glücksrad, welches alle Zahlen zwischen 0 und 1
> beinhaltet. Dort dreht man solange, bis die Summe der Ergebnisse die 1
> überschreitet. Dann beginnt ein neues Spiel.
>
> Wie oft muss man das Rad durchschnittlich pro Spiel drehen?

Hier eine Lösung mittels Monte-Carlo und Zufallszahlen:
1
#include <stdio.h>
2
#include <stdlib.h>
3

4
#define N_GAMES 10000000
5

6
int main ()
7
{
8
    int     games;
9
    int     tries = 0;
10
    double  sum;
11
    double  value;
12

13
    for (games = 0; games < N_GAMES; games++)
14
    {
15
        for (sum = 0.0; sum <= 1.0; sum += value)
16
        {
17
            value = (double) rand () / (double) RAND_MAX;
18
            tries++;
19
        }
20
    }
21

22
    printf ("%f\n", (float) tries / (float) games);
23
    return 0;
24
}

$ cc -O2 -Wall euler.c -o euler && ./euler
2.718336

(Nicht ganz die Eulersche Zahl, ich sagte ja, das Ding konvergiert 
verdammt schlecht ;-) )

Mathematisch lässt sich das ganze auch über 
Wahrscheinlichkeitsberechnungen beschreiben, z.B.:

  http://www.hsu-hh.de/download-1.4.1.php?brick_id=B7Qb7inoa7Tl386Q

Heraus kommt die bekannte Summenformel für e über 1/n! - beginnend mit n 
= 0.

P.S.
Ich weiß, das Programm lässt sich optimieren. Zum Beispiel kann auf die 
Floating-Point-Division durch RAND_MAX verzichtet werden, wenn man in 
die Bedingung der for-Schleife auf <= RAND_MAX statt <= 1 testet. Ich 
wollte aber so nah wie möglich an der Aufgabenstellung bleiben.
Gast #3908966
Lesenswert?

ein axiom.

genau genommen kann es 0! und 1! garnicht geben weil die fakultät per 
definition eine multiplikation aufeinanderfolgender natürlicher zahlen 
ist.
nimmt man 0 als anfangswert, ergibt jede fakultät 0 - blöd.
beginnt man bei 1 hat man für 1! keinen folgemultiplikator - auch blöd.

also muss man sich krumme definitionen einfallen lassen damit der 
krempel sich in die restliche mathematik einschmiegt.
#3909272
Lesenswert?

c. m. schrieb:
> das ist aber keine erklärung, sondern ein beweis das die definition 0!=1
> so gewählt wurde das die althergebrachten rechenregeln hier gelten.
> demgegenüber…

Ein Beweis ist es auch nicht, sondern nur ein Beispiel dafür, dass die 
pragmatische Definition in diesem Fall paßt - zu beweisen gibts da 
nämlich genau so wenig, wie bei der Straßenverkehrsordnung.

Lies nach, was ich hier: 
Beitrag "Re: Warum ist die Fakultät von 0 gleich 1?" geschriben habe.
#3914537
Lesenswert?

c. m. schrieb:
> das ist aber keine erklärung, sondern ein beweis das die definition 0!=1
> so gewählt wurde das die althergebrachten rechenregeln hier gelten.
> demgegenüber…
> rechne mal 0! aus, gerne auch mit taschenrechner: 0* [enter]

dann nimm aus deinem leeren Portemonnaie 1000€ raus und beweise das es 
keine Schulden oder Dispo gibt
#7195443
Lesenswert?

Was Nettes zu diesem Thema zwingt mich, diesen Thread von 2014 
auszugraben.
https://www.spiegel.de/karriere/koennen-diese-rechnungen-aufgehen-raetsel-der-woche-a-32c55b5d-2cc9-4a74-8b45-8e7f5896d125

Der Clou dabei: Im Artikel heißt es: "Bei der 0 hilft die Funktion der 
Fakultät. Per Definition ist die Fakultät von 0 gleich 1."

Das wollte ich näher wissen. In Google "Fakultät von 0 gleich 1" 
gesucht. Und was steht ganz oben in der Google-Liste? Dieser 
Mikrocontroler.net-Thread!

Verlinkt wurde der Beitrag von P. M.
Am überzeugendsten war aber der Beitrag von Yalu X.
Beitrag "Re: Warum ist die Fakultät von 0 gleich 1?"

Euch einen schönen Sonntag! (Und Spaß mit dem Spiegel-Rätsel)
#7195664
Lesenswert?

Moin,
aus dem gleichen Grund wie Rainer Z. habe ich mir gerade den alten 
Thread angeschaut. Neben der eigentlichen Information fiel mir auf, wie 
man schon damals in Onlinediskussionen miteinander umgegangen ist:

---
folgen, statt einfach nur rumzukrähen...

das ist eine typische Deppenargumentation

muss ich für Dich Schnellmerker

lieben es gewisse Witzbolde,

Jetzt bist du wohl restlos überfordert... Denk einfach in Ruhe darüber
nach.
---

Und das ist leider bis heute nicht besser geworden, im Gegenteil. 
Schade....

Gruß
Dieter

Antwort schreiben

Bitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben.

oder

Mit Google-Account einloggen

Die Registrierung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.

Jetzt registrieren