y=x(x2+3D)3x2+D
我们得到
y−x=2x(D−x2)3x2+D
并且
y2−D=(x2−D)3(3x2+D)2
此时,如果x属于A1,那么x2<D,此时y>x,且y2<D。则y属于A1
如果假定x属于A2,则有x2>D,y>0,y<x,且y2>D。显然,y属于A2
这个分割是有非有理数产生
这个现象,说明有理数域R是不完备的,或者是说不连续的
每一个这样的分割,都对应于一个非有理数,由此就产生了一个新数,即无理数α
我们认为该数完全由该分割产生。我们应该说这个新数α对应于这个分割,或者说它制造了这个分割,
并且,从现在开始,只要两个分割不同,我们就说产生这两个分割的数不等。
为了获得全体实数,即有理数和无理数的有序排列的基础,我们必须研究分别由α和β产生的两个分割
(A1,A2)和(B1,B2)中间的关系。显然,当分割(A1,A2)中的一个,例如A1给定之后,这个分割就完全确定了,
因为A2就是有理数去掉A1后剩下的全体有理数。分割中的第一个类,具有这样的特性,如果a1是第一类的元素,那么所有小于a1的
数,都包含在第一类中。如果此时,我们对两个分割中的第一类进行比较,会有如下结果
1.他们完全相同。即,任何一个属于A1的元素,也属于B1,且每一个属于B2的元素,也同样属于A1
此时,A2与B2也显然相同,此时我们用符号表示为α=β,或β=α
但是,如果A1与B1不同,例如,A1中的元素a1,没有包含在B1中,因此被包含在B2中,
这样B1中的元素数量自然小于A1中的数量
2.如果A1中只有一个数a′1是B1所没有的,那么A1中其他数字a1也同样被包含在B1中,且有a1小于a′1,
即,a′1是所有A1元素中的最大的一个,因此,a′1,A1,A2由α=a′1=b′2产生。再看B1,B2.
我们已经知道B1中的所有数b1也都包含在a1中,且小于a′1=b′2,b′2属于B2;B2中的其他元素b2均大于
b′2,否则,如果b2小于b′2,那么就会小于a′1,就会属于B1;因此,b′2是B2中的最小数,因此(B1,B2)
由b′2由同样的有理数β=b′2=a′1=α产生,两者的区别是非本质的
3.如果在A1中至少有两个数a′1=b′2,a′′1=b′′2,不在B1中,那么就有无数个这样的数存在。因为在这两数之间
的无穷多的数,都在A1中,却都不在B1中。这种情况下,我们说对应于两个本质上不同的分割(A1,2)与(B1,B2)的两个数
α和β是不同的,或者更进一步,我们说α>β,以及β<α,需要注意的是,这个定义与前面当α和β
都是有理数时的定义完全一致。
剩下的情况如下
4.如果在B1中存在一个且只有一个b′1=a′1,不属于A1,那么(A1,A2)与(B1,B2)仅仅是非本质性区别,
并且都是由同一个有理数α=a′2=b′1=β产生
5.但是,如果B1中至少有两个数是A1中没有的,那么β>α,或α<β
上述讨论遍历了全部情况,可知,对于两个不同的数,只有其中一个大于另一个的情况.这一点在指定α和β的大小关系时用到过,但是直到现在才给予了证明。在进行上述研究时,必须加倍小心,以防把其他领域的经验,照搬到研究对象中。
−−−−−−−−−−−−−−−下面是原文第9页−−−−−−−−−−−−−−−
如果我们再稍微仔细些研究α>β的情况,显然,小的这个数β如果是有理数,那么必然属于A1,因为在A1中
存在一个数a′1=b′2属于B2,于是有,不管β是B1的最大值还是B2的最小值,都有β≤a′1,因此β属于A1.
同理,很显然,由α>β,可知α属于B2,因为α≥a′1。结合上述两点,可得下面结果,如果一个切割是由数α产生,
那么任何一个有理数,如果小于α的数,划分于A1,否则划分于A2;如果α是有理数,那么它自己可以随意划归于A1或A2.
最终,我们得到:若α>β,即,如果有无穷多数,属于A1,但是不属于B1,那么必然有无穷多数,既不同
于α也不同于β;每个这样的数c都小于α,因为它属于A1;同时c>β,因为c属于B2
V
实数域的连续性
作为前述特性产物,包含全体实数的系统R,建立了一个布局良好的一维域;这一切都是为了证明如下的结论:
I.若α>β,且β>γ,则α>γ.我们说β在α和γ之间
II.若α和γ是两个不同的数,那么此二数之间有无穷多数β存在;
III.若α是任意一个有限数,那么实数域R被分成A1和A2两类,每个类都包含无数多数,第一类A1包含所有小于
α的数,第二类A2包含所有大于α的数,α可以被任意归入任何一类,且相应成为A1类的最大值或A2类的最小值;
不管是上述哪一种情况,都会得到这样的结果:系统R被分成两类,第一类里的所有数,都小于第二类的所有数;并且我们说这个分割是α产生的;
为简洁起见,也为了避免让读者太累,我把前面用的那些定理的证明放在了后面。
除了上述特性,域R还有连续性;即,下面的定理成立:
IV.若包含全体实数的系统R被分成两部分A1和A2,使得A1中的所有数均小于和A2中所有数,那么,
有且只有一个数能产生这样的分割;
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