- •Глава1. Множества. Вещественные числа. Операции над множествами Множества. Вещественные числа. Операции над мнoжествами.
- •Сравнение множеств по числу элементов.
- •Счетные множества.
- •Счетность множества рациональных чисел.
- •Соответствие точка-число. Вещественные числа.
- •Множества мощности континуума
- •Супремум и инфимум числовых множеств.
- •Приближение вещественных чисел рациональными.
- •Терминология. Неравенства.
Приближение вещественных чисел рациональными.
Как уже сказано выше, рациональных чисел счетное множество, а вещественных – континуум, т.е. гораздо больше. Но есть некоторые свойства рациональных чисел, которые позволяют заменять вещественные числа рациональными.
Теорема 1. Для любого вещественного числа а и для любого найдутся два рациональных числа , такие, что:
а) б) .
(Обратите внимание, как может быть записана формулировка этой теоремы:
Правда, короче?)
Доказательство.
Возьмем любое . Т.к. по смыслу мало, то пусть оно имеет вид: Рассмотрим число , равное, очевидно . Пусть а>0. Распишем его:
Предположим, что n–ая цифра после запятой . Рассмотрим числа
Тогда можно сказать, что
а) - рациональные числа, т.к. у обоих из них бесконечные “хвосты” из девяток;
б) , т.к. ;
в) , т.к. у все девятки, а у числа а хотя бы одна цифра не будет девяткой.
г) , т.к. у , а у разности на n-ом месте стоит.
Тем самым, построенные числа удовлетворяют всем условиям теоремы.
Подумайте сами, что надо изменить в доказательстве, если окажется, что .
Теорема 2. Для любых двух вещественных чисел a и b, не равных друг другу, найдется такое рациональное число r, которое будет расположено между ними.
(веществ. а, b а<b рацион. r a<r<b)
Доказательство.
Пусть для определенности а<b и а>0. Тогда числа а и b имеют вид:
Так как а<b, то найдется такая цифра с номером n,что .
В числе “b” после n-ой цифры могут быть нули, но бесконечного “хвоста” из нулей быть не может, это запрещено. Поэтому b обязано иметь вид
где bp – первая цифра после следующей за bn серии нулей, такая, что.
Возьмем r в виде
Тогда ясно, что
а) r – рациональное число, т.к. у него бесконечный “хвост” из девяток;
б) а<r, т.к. аn<bn
в) r<b, т.к. (bp-1)<bp
Построение r удовлетворяет всем требованиям нашей теоремы.
Указанные две теоремы образуют то, что математики называют “плотностью” рациональных чисел относительно множества вещественных чисел. Это свойство плотности играет важную роль в доказательстве целого ряда теорем.
Терминология. Неравенства.
В заключение этого раздела уточним еще раз некоторые термины.
Множество чисел х, удовлетворяющее свойству a x b, называется замкнутым отрезком и обозначается [a, b].
Множество чисел х, удовлетворяющее свойству a<x<b, называется открытым отрезком и обозначается (a, b).
Множество чисел х, удовлетворяющее свойству a<x b (илиa x<b), называется полуоткрытым отрезком и обозначается (a,b] (соответственно [a, b)).
Модулем |x| числа х называется это же число, взятое со знаком “+”.Очевидно, что всегда
-| x | x | x |
Важнейшее в дальнейшем для нас неравенство выглядит так: | x + y | | x | + | y |. Докажем его.
Имеем: -| x | x | x |; -| y | y | y |.
Складывая эти неравенства получим:
-(| x | + | y |) x + y | x | + | y |,
отсюда и следует, что | x + y | | x | + | y |
Отметим еще, что | x – y | | x | + | y |. Попытка записать это неравенство в виде
| x – y | | x | -| y | является грубейшей ошибкой. Никогда не допускайте ее!
Отметим еще, что неравенство эквивалентно такой цепочке:
.
Действительно,из следует, что
так как и . Прибавляя ко всем частям этой цепочки неравенств число а, получим .
Итак, запомните эквивалентную запись:
Она будет основной в следующем разделе.
Открытый промежуток называют “окрестностью” числа а (или “окрестностью” точки а).
Далее | Содержание