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2026-01-10T21:30:16Z

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'''Hilberts Hotel''' ist ein vom [[Mathematiker]] [[David Hilbert]] erdachtes [[Paradoxon]] bzw. [[Gedankenexperiment]] zur Veranschaulichung verblüffender Konsequenzen der Nutzung des [[Unendlichkeit]]sbegriffes in der [[Mathematik]]. Damit lässt sich zeigen, dass die Mengen der [[Natürliche Zahlen|natürlichen Zahlen]], der [[Ganze Zahlen|ganzen Zahlen]] und der [[Rationale Zahlen|rationalen Zahlen]] [[Mächtigkeit (Mathematik)#Gleichmächtigkeit, Mächtigkeit|gleichmächtig]] sind.

== Ein Hotel mit unendlich vielen Zimmern ==
In einem [[Hotel]] mit ''[[Endliche Menge|endlich]]'' vielen Zimmern können keine Gäste mehr aufgenommen werden, sobald alle Zimmer belegt sind ([[Schubfachprinzip]]). Hilberts Hotel hat nun ''unendlich'' viele Zimmer (durchnummeriert mit [[Natürliche Zahl|natürlichen Zahlen]] bei 1 beginnend). Man könnte nun annehmen, dass das gleiche Problem auch hier auftreten würde, nämlich dann, wenn alle Zimmer durch (unendlich viele) Gäste belegt sind.

Es gibt jedoch einen Weg, Platz für ''einen'' weiteren Gast zu machen, obwohl alle Zimmer belegt sind. Der Gast von Zimmer 1 geht in Zimmer 2, der Gast von Zimmer 2 geht in Zimmer 3, der von Zimmer 3 nach Zimmer 4 usw. Damit wird Zimmer 1 frei für den neuen Gast. Da die Anzahl der Zimmer unendlich ist, gibt es keinen „letzten“ Gast, der nicht in ein weiteres Zimmer umziehen könnte. Wiederholt man das, erhält man Platz für eine beliebige, aber ''endliche'' Zahl neuer Gäste. Es ist sogar möglich, Platz für ''[[Abzählbarkeit|abzählbar unendlich viele]]'' neue Gäste zu machen: Der Gast von Zimmer 1 geht wie vorher in Zimmer 2, der Gast von Zimmer 2 aber in Zimmer 4, der von Zimmer 3 in Zimmer 6 usw. Kurz gesagt, jeder Gast multipliziert seine Zimmernummer mit 2, um die neue zu erhalten. Damit werden alle Zimmer mit [[Parität (Mathematik)|ungerader]] Nummer frei für die abzählbar unendlich vielen Neuankömmlinge. Wichtig bei dieser Vorgehensweise ist, dass alle Gäste gleichzeitig die Zimmer wechseln, beispielsweise bei einem vom Portier ausgelösten Gong. Wenn dies nacheinander geschehen würde, würde es bei einer unendlichen Anzahl von Gästen und einer unendlichen Anzahl von Zimmern unendlich lange dauern.

Wenn nun ''abzählbar unendlich viele Busse mit je abzählbar unendlich vielen Gästen'' vorfahren, können auch diese Gäste alle im bereits vollen Hotel untergebracht werden. Das geht zum Beispiel, indem man die Zimmer mit ungeraden Nummern wie eben beschrieben frei macht und dann die Gäste aus Bus 1 in die Zimmer 3, 9, 27, … schickt (also in jene Zimmer, die mit [[Potenz (Mathematik)|Potenzen]] von 3 nummeriert sind; 3 = 31, 9 = 32, 27 = 33, …), die Gäste aus Bus 2 in die Zimmer 5, 25, 125, 625 etc., also die Gäste aus Bus <math>i</math> in die Zimmer <math>p_i, p_i^2, p_i^3</math> etc., wobei <math>p_i</math> die <math>i+1</math>-te [[Primzahl]] ist. Dadurch sind alle angekommenen Gäste im Hotel untergebracht und sogar noch unendlich viele Zimmer (wie zum Beispiel das Zimmer 15, dessen Nummer keine Potenz einer Primzahl ist) frei. Eine andere, effizientere Möglichkeit wäre, die Hotelgäste jeweils aus den Zimmern <math>n</math> in die Zimmer <math>2n-1</math> umziehen zu lassen, so dass alle geraden Zimmer frei werden. Dann können die neuen Gäste aus dem Bus mit der Nummer <math>n</math> die Zimmer belegen, deren [[Wohnungsnummer|Zimmernummern]] durch <math>2^n</math>, nicht aber durch <math>2^{n+1}</math> teilbar sind, so dass kein Zimmer frei bliebe. Eine weitere Möglichkeit, die Gäste unterzubringen, liefert [[Georg Cantor|Cantors]] [[Cantors erstes Diagonalargument|Diagonalverfahren]].

== Mächtigkeit unendlicher Mengen ==
All diese Möglichkeiten sind nicht wirklich [[paradox]], sondern widersprechen nur der [[Intuition]]. Es ist schwierig, sich eine Vorstellung von unendlichen „Zusammenfassungen von Dingen“ zu machen, da ihre Eigenschaften sich sehr unterscheiden von denen gewöhnlicher, endlicher „Zusammenfassungen von Dingen“. In einem Hotel mit endlich vielen Zimmern ist die Anzahl der Zimmer mit ungerader Nummer offenbar ''kleiner'' als die Anzahl aller Zimmer, sobald es mindestens ein Zimmer mit einer geraden Nummer gibt. In Hilberts Hotel, das treffenderweise „[[Grand Hotel]]“ genannt wird, ist die „Anzahl“ der Zimmer mit ungerader Nummer jedoch in gewissem Sinne „genauso groß“ wie die „Anzahl“ aller Zimmer. Mathematisch ausgedrückt wird das so: Die [[Mächtigkeit (Mathematik)|Mächtigkeit]] der [[Teilmenge]] der Zimmer mit ungerader Nummer ist gleich der Mächtigkeit der [[Menge (Mathematik)|Menge]] aller Zimmer. Man kann unendliche Mengen über die Eigenschaft definieren, eine gleichmächtige echte Teilmenge zu haben. Die Mächtigkeit abzählbar unendlicher Mengen wird <math>\aleph_0</math> („[[Aleph-Funktion|Aleph]] 0“) genannt.

== Film ==
Hilberts Hotel fand Eingang in mehrere Kurzfilme, u. a. „Hotel Hilbert“ (Regisseurin: Caroline Ross-Pirie, Großbritannien, 1996),<ref>{{Internetquelle|url=https://www.vismath.eu/de/filme/hotel-hilbert|titel=Hotel Hilbert|abruf=2019-11-01|hrsg=Anne Kahnt}}</ref> prämiert u. a. auf dem VideoMath Festival 1998 in Berlin, und „Hilbert’s Grand Hotel“ (Regisseurin: Djenaba Davis-Eyo, Großbritannien, 2018).<ref>{{Internetquelle|url=https://www.imdb.com/title/tt9389078/|titel=
Hilbert’s Grand Hotel (2018)|abruf=2019-11-01|werk=[[IMDb]]}}</ref>

== Literatur ==
* Francis Casiro: ''Das Hotel Hilbert''. In ''Unendlich (plus eins). Hilbert Hotel, Russells Barbier, Peanos Himmelsleiter, Cantors Diagonale, Plancks Konstante'' (= ''Spektrum der Wissenschaft'', Spezial 2, 2005). Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft, Heidelberg, ISBN 3-938639-08-3, S. 76–80

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}{{Commonscat|Hilbert's paradox of the Grand Hotel}}
* {{Internetquelle | url=https://www.youtube.com/watch?v=XTsaZRKx9UI | titel=Hilberts Hotel | autor=Christian Spannagel (PH Heidelberg) | hrsg=YouTube Video | datum=2012-07-17 | zugriff=2012-09-23}}

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Mengenlehre]]
[[Kategorie:Paradoxon]]
[[Kategorie:Fiktives Bauwerk]]
[[Kategorie:Unterhaltungsmathematik]]
[[Kategorie:David Hilbert als Namensgeber]]
[[Kategorie:Gedankenexperiment]]

Hilberts Hotel - Versionsgeschichte

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