实数完备性有啥作用

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-09
实数完备性的重要意义?

完备性是个很重要的概念,完备性的定义是柯西数列收敛。
完备性的意义在于刻画数列的收敛性,也就是极限的概念。

变量数学独立建造完备数域的历史任务,终于在19世纪后半叶,由维尔斯特拉斯(Weierstrass,1815-1897)、戴德金(R.Dedekind1831-1916)、康托(G.Cantor,1845-1918)等人加以完成了。1872年,是近代数学史上最值得纪念的一年。这一年,克莱因(F.Kline,1849-1925)提出了著名的“埃尔朗根纲领”(ErlangerProgramm),维尔斯特拉斯给出了处处连续但处处不可微函数的著名例子。也正是在这一年,实数的三大派理论:戴德金“分割”理论;康托的“基本序列”理论,以及维尔斯特拉斯的“有界单调序列”理论,同时在德国出现了。努力建立实数的目的,是为了给出一个形式化的逻辑定义,它既不依赖几何的含义,又避免用极限来定义无理数的逻辑错误。有了这些定义做基础,微积分中关于极限的基本定理的推导,才不会有理论上的循环。导数和积分从而可以直接在这些定义上建立起来,免去任何与感性认识联系的性质。几何概念是不能给出充分明白和精确的,这在微积分发展的漫长岁月的过程中已经被证明。因此,必要的严格性只有通过数的概念,并且在割断数的概念与几何量观念的联系之后才能完全达到。这里,戴德金的工作受到了崇高的评价,这是因为,由“戴德金分割”定义的实数,是完全不依赖于空间与时间直观的人类智慧的创造物。实数的三大派理论本质上是对无理数给出严格定义,从而建立了完备的实数域。实数域的构造成功,使得两千多年来存在于算术与几何之间的鸿沟得以完全填平,无理数不再是“无理的数”了,古希腊人的算术连续统一的设想,也终于在严格的科学意义下得以实现。

你先告诉我你所说是下面的哪个(2已知,关键是另一个),然后我再考虑
1.(连续性,dedekind)实轴的切割不产生新的点。
2.(连续性,bolzano)实数集的非空上有界子集必有上确界。
3.(连续性)单调有界数列必收敛。
4.(连续性,cantor)闭区间套非空。
5.(紧性,weierstrass)有界数列必有收敛子列。
6.(紧性,heine-borel)有界闭区间的开覆盖有有限子覆盖
7.(完备性,cauchy)实轴上的基本序列收敛。
顺便提一句,连续性、紧性、完备性只在欧氏空间等价,所以不要混用。
1楼看来真是全忘了,这个是数学分析的基础,不是实分析,虽然没必要去区分这两者。
ok.就证这两个。
2=>5:
若数列a_n落在区间[-m,m]上,考察集合
a={x:[-m-2,x]包含a_n的最多有限项}
那么a非空(至少包含-m-1)且上有界(m是一个上界),必存在上确界,记u=supa。
在(u,u+1)中取a_n的一项a_k_1。
在(u,u+1/m)中取a_n一项a_k_m,使得k_m>k_{m-1},由a的定义,这样的项肯定存在。
这样找到了a_n的一个子列a_k_m,容易用极限的定义说明a_k_m收敛到u。
5=>2:
设x是实数集的非空上有界子集,y是它的上界全体。(此构造同样适用于1=>2,并且是直接得结论)
若x有最大值,那么supx=maxx,即上确界存在。
以下讨论x没有最大值的情况。
在x中任取一点记为a_0,在y中任取一点记为b_0。
取c_n=(a_n+b_n)/2,若x中存在比c_n大的元素a,那么a_{n+1}=a,b_{n+1}=b_n;
否则a_{n+1}=a_n,b_{n+1}=c_n。
于是b_n是一个有界数列(a_0<=b_n<=b_0),必有收敛子列b_k_n->u。(注意,这里最关键的是u的存在性)
然后利用极限的保序性质(因为极限存在,只要用极限的定义就可以说明),对x的任意元素a,a<=b_k_n得到a<=u,于是u是x的一个上界。
任取e>0,由于0
2的方法同样适用于3=>2、4=>2、7=>2,只要说明b_n有极限就可以了。
2)
实数理论最关键的是说明一些数的存在性,在已知数列极限存在的时候,很多结论的证明只需要极限的定义就够了。
这些定理的等价性证完以后没必要把任意两个单独抽出来证,除非你在训练自己的思维。本来7步就可以证出所有等价性,去收集另外35个证明没啥用处。

假如你能证明存在一个数位于两个实数之间满足某个定理,那么这个定理救是对的。因为实数具有完备性,所以只要一个数在两个实数之间,不管多么复杂就必定存在。而且只有实数满足完备性,坐标轴才能画作实线。

现代数学靠它吃饭

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  • 什么是实数的完备性?
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