Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект Беляева.doc
Скачиваний:
115
Добавлен:
24.11.2018
Размер:
9.69 Mб
Скачать

Сложение вещественных чисел

Addition Real Nambers

Додавання дійсних чисел

Определим сложение и умножение числовых множеств полагая,

z |x y z= x+y }={x +y|x  y

z |x y z=xy}={xy |x  y

Эти определения годятся для любых чисел, хотя пока их можно было бы применять лишь к числам рациональным, для которых сумма и произведение уже определены.

Сложение и умножение числовых множеств коммутативны и ассоциативны, обладают нулем  множеством, состоящим из одного нуля 0, и единицей – множеством, состоящим из одной единицы  связаны между собой дистрибутивным законом, но, в общем, когда числовое множество не состоит из одного единственного элемента, у него нет противоположного и обратного



Z, (Z

 

Определим также множество  из противоположных элементов множества Х:

x|-x

Н

х

а числовой прямой это множество симметрично множеству Х относительно начала координат

0

а также множество -1 из обратных элементов множества , если оно не содержит нуля:

-1=x|x-1 если 0 1

Если непустое множество Х, не является одноэлементным множеством, то его сумма с множеством - из его противоположных элементов тоже не является одноэлементным множеством она содержит 0 и вместе со всяким числом содержит противоположное ему число на числовой прямой эти множества симметричны относительно начала координат

x-y|x,y

 аа

аа)аааа.

Если непустое множество Х, не содержащее нуля, не является одноэлементным, то его произведение на множество Х-1из его обратных элементов тоже не является одноэлементным множеством оно содержит 1 и вместе со всяким числом содержит обратное ему число.

Х-x/y|x,y -1

-1а-1а-1-1

аааааa

+x|x и x>0}-множество положительных чисел из множества Х – положительная часть множества Х.

Х-x|xx<0}множество отрицательных чисел из множества Х-отрицательная часть множества Х.

=(Х-1 \{0}=

-1Х, (-1 , 

На числовой прямой множества точек Х и Х-1 связаны друг с другом инверсией относительно нульмерной единичной сферы |x|=1, представляющий собой двухточечное множество   и  связаны инверсией относительно точки 1, а и = - инверсией относительно точки –1. Точки связанные инверсией относительно нульмерной единичной сферы х а) одного знака и б) произведение их расстояний до начала координат (модулей) равно 1.

Сложение вещественных чисел. Суммой вещественных чисел – сечений = и называется вещественное число – сечение C|C внутренность конечного (верхнего) класса

которого есть, по определению сумма внутренностей нижних (верхних) классов слагаемых:



Другими словами сумма вещественных чисел – это вещественное число, которое заключено между всевозможными суммами рациональных чисел из внутренностей нижних классов слагаемых и всевозможных суммами чисел из внутренностей верхних классов слагаемых:

а, b, а, b аb<y<ab

Корректность этого определения следует из следующих утверждений.

Множество действительно может рассматриваться как внутренность нижнего класса некоторого сечения; одновременно множество является внутренностью верхнего класса того же сечения. Сумма вещественных чисел определена данным определением для любых двух вещественных чисел и однозначно, т.е. не может быть разных вещественных чисел удовлетворяющих определению суммы для фиксированных слагаемых.

Действительно, вместе с любым числом а+b, a, b содержит все меньшие: а+brа+b-r а-ab-r)а, т. е. а-(а+b-r); после прибавления к обеим частям последнего неравенства числа b имеем r=а-(а+b-r)+bb.

В нет наибольшего числа, поскольку наибольших чисел нет по определению в и . Поэтому для а и b найдутся большие из тех же классов аа1, а2bb2b2.Поэтому для всякого числа а+b из в этом множестве есть большее число а2+b1.

Аналогичные рассуждения показывают, что можно рассматривать как верхний класс некоторого сечения.

Любое число из меньше любого числа из . Действительно, если а+b a+bгде А, b, а, b и, следовательно, аа и bb, то складывая последние неравенства получаем требуемое, а+bаb.

В и можно найти числа, разность которых меньше любого наперед заданного положительного . По третьей теореме об аппроксимации есть числа а, а; b; b разность которых меньше /2: 0<аа/2, 0bb/2, откуда 0аbа+b)=(аа)+(bb)  Поэтому множество Q\( содержит не более одного элемента (числа), согласно второй теореме об аппроксимации. Если указанное множество пустое (=, то =С, CC|Cоднозначно определенная сумма. Если Q\()={c},где сQ, то с=max(c}=min(c так что (cсечение производимое числом с. Подчеркнем, что наличие такого с не означает, что числа-слагаемые и рациональны

Данное определение суммы вещественных чисел сохраняет сумму рациональных чисел неизменной. Точнее, сумма а+ сечений b и b производимых рациональными числами а0 и b0 есть сечение (а0 +b0)* производимое их суммой:

а(а0+b0)*

a, b, аb аа0аb<b0<bbab0<b. Поэтому а0+b0 удовлетворяет условием налагаемым на сумму и так как последняя определена однозначно, то она совпадает с сечением (а0+b0)

В терминах сечений естественно получать лишь те свойства суммы, которые достаточны для аксиоматического построения теории вещественных чисел: ассоциативность, коммутативность, существование нуля, существование противоположного, свойства неравенств (порядка) относительно сложения.

1.Коммутативность: независимость суммы от порядка слагаемых.

2.Ассоциативность: независимость суммы от порядка выполнения действий (расстановки скобок).

3.Существование нуля: сечение 0 производимое 0 обладает свойством 0 прибавление нуля к любому числу не меняет его.

4.Существование противоположного: для любого числа его сумма с противоположным - равна нулю (

5.Неравенство между вещественными числами сохраняется при прибавлении к обеим его частям одного и того же числа:

+=+, из-за коммутативности сложения рациональных чисел.

+ из-за ассоциативности сложения рациональных чисел.

Q-|Q+Q-Q*. Для а=А имеем Q-+ Q+.

Действительно, в нет наибольшего. Всякий элемент из Q меньше некоторого элемента из как сумма с отрицательным числом. Поэтому Q-+. Для всякого элемента из найдется равный ему элемент из Q-+точка числа Q-+и, следовательно, Q-+. В самом деле, если а то можно указать а1 большее а: аа1. Но так как а=а1+(а-а1), где а1, а аа2 т.е. а-а2Q-,то аQ-.

Для произвольного сечения множества (-А) и (-А из противоположных элементов для классов А и А, непусты (ибо таковы сами А и А), не пересекаются (по той же причине с учетом того что (-а)=(-а)  а=а), их объединение есть Q (так как AA=Q,то rQ либо -r т.е. -r=а или  а значит  либо - r и следовательно r наконец, для rи  имеем (-r) и следовательно (-r)r т.е. rr. (-)+=Q+,+(-Q- т.е.  Легко понять, что (-) – внутренность класса (-А), (-а)+а для r  а такие что 0-a< Тогда а1, причем aaa)=r  все числа из Q+ содержатся в (-)+.

. Сохранение строгого неравенства получается “алгебраически” из того что 