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标準實數分析體系

生活 更新时间:2025-02-12 19:55:34

标準實數分析體系(實數理論的建立)1

這個方法主要是由康托給出的。回想判斷數列是否收斂的柯西準則,稱一個滿足柯西準則的數列為基本序列。從實數的有限或者無限小數的定義,不難驗證:一個有理數可以用一個收斂的由有理數組成的數列的極限表示,比如這個數列的所有項都是這個有理數;一個無理數也可以用一個收斂的由有理數組成的數列的極限表示,比如對于a=√2,那麼收斂到a的數列{an}的各項可以是

a1=1.4

a2=1.41

a3=1.414

......

因此,一個實數可以對應于一個基本序列。于是定義基本數列的極限點為實數。如果有兩個基本序列,比如{an}和{bn},收斂于同一個極限點,那麼,必有:當n→∞時an-bn→0,康托稱其為等價類。這樣,一個實數與一個有基本序列組成的等價類就一一對應了,定義是合理的。

下面我們證明√a•√b=√a•b,其中a和b為正實數。令{an}和{bn}分别為收斂到√a和√b的基本序列,容易驗證{a2n}和{b2n}均為有理數列并且分别收斂到a和b,因為n→∞時a2n•b2n→a•b,因此{a2n•b2n}={(an•bn)2}是确定實數(a•b)的基本序列,即{(a•b)}是确定實數√a•b的基本序列,這就證明了命題。

通過上面的論述,我們還可以得到這樣一個基本事實:實數集合R不僅對于四則運算是封閉的,而且對于極限運算也是封閉的。

用基本序列的方法對于論證問題是有利的,但是就計算法則而言是沒有新意的,特别是基本序列的等級類是令人費解的,因為我們無法知道這個類裡的元素是什麼,也無法知道這個類裡的元素有多少,更不知道是否所有的等價類中的元素都是一樣多。為了把一件事情解釋清楚,往往會帶來更多的疑惑。

為了實數理論的完備,還有一個問題是需要解決的,就是實數與數軸上的點是否是一一對應的。隻有解決了這個問題,我們才能安下心來研究基于實數的所有數學理論。在用小數來定義實數的時候我們已經知道,實數與數軸上的點是對應的,但要實現“一一對應”還需要證明實數的連續性,因為從直觀上看,數軸是連續不斷的,現在我們需要驗證實數是否也是連續不斷的。關于這個命題,用基本序列的方法來證明是困難的,因為基本序列在本質上仍然刻畫的是獨立的點。


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