阿基米德性的內容和證明


名稱:    阿基米德性

各 來源:華東師范大學,數學分析,上冊,第三版,附錄2 ,290頁

                          F中元素滿足阿基米德性,對任意兩個正元素a, b , 必存在自然數n, 使得 na > b

定理內容:    對於任何實數x,存在自然數n有n>x

來源:百度

 分析  

對任何a,b 兩個正數,存在自然數n, 使得 na > b

推論1.1:設 a = 1,即變為:存在自然數 N,對任何正數 b 有N > b , 即,不存在最大實數;

推論1.2:  對任何正有理數,都有一個正有理數小於該數;

推論2 :對任何a,b,k大於0, 存在N,有a + Nk > b

推論3:對於任何有理數r,總存在比它大的正整數n,即 n> r

推論4:對於任何有理數r,總存在比它小的數q,即 q < r 

 

阿基米德性在實數范圍內的證明 

 說明: 1 利用確界定理,前提是確界定理在實數中成立。 注:確界定理在有理數范圍內不成立,例如,集合 A:{x 屬於 Q有理數 | x <根號2}在有理數范圍內,沒有                     上確界,因為可以無限靠近根號2。

             2  使得確界原理成立的有序域,稱為有完備性的有序域。有理數域是不完備的。----------華東師范大學 數學分析 第三版 p290

             3 華東師范大學 附錄2 p290有證明

證:用反證法。

    設 a, b 為正元素,集合 A = { na, n為任意自然數 } 

    若對於任意n,都有 na < b, 說明集合A有上界,b就是上界中的一個元素,即 b 是集合A的一個上界

    由確界原理可知,A有上確界,記為  supA , 則 對任何 na,具有 na < supA

   且存在一個N,有Na , 有Na > supA - a 

可推得  Na > supA -a 

->        Na + a > supA

->        (N + 1) a > supA 

而(N + 1)屬於A,(N+1)a 應該小於 supA

故,矛盾

 推論1.1 的證明:將阿基米德性定理中的 a 取1,則得到 存在 n, 有 na > b, 而a = 1,於是有 n > b

 

推論1.2的證明: 設 r 為任意有理數,則根據有理數的定義 r可以表示為 m/n, 於是r 的倒數 1/r 為 n/m

也是有理數,於是根據阿基米德性, 存在n,有 n > 1/r, 取倒數, 有1/n < r 

這個1/n是有理數,所以1/n 就是小於r的有理數。

分析,推論1.1和推論1.2 相當於沒有最大正有理數,也沒有最小正有理數

 另,阿基米德性在實數域內成立,可知 實數沒有最大正實數和最新正實數

推論 2 的證明  :對任何a,b,k大於0, 存在N,有a + Nk > b

若 a > b, 則 b - a < 0

       而 k > 0

       故有 k > b-a 

       上式兩邊+a,有 a + k > b, 此時結論成立,N=1

若b-a >0, 則由阿基米德性,存在 N,有

           Nk > b-a 

      上式兩側 + a, 可得

        a + Nk > b

       結論成立

   證畢

 

歐幾里得性的解釋:
任意給定兩個正實數a、b,必存在正整數n,使na>b。
幾何描述:在長短不同的兩條線段中,無論較長的線段怎樣長,較短的線段怎樣短,總可以在較長的線段上連續截取較短的線段,並且截到某一次以后,必出現下面兩種情況:
1:沒有剩余;
2:得到一條短於較短線段的剩余線段。

這就是“阿基米德公理”有時也叫阿基米德-歐多克斯公理,因為阿基米德把這個命題歸功於歐多克斯。其實,比歐多克斯更早些,我國古代《墨經》上已記載着“窮,或有前不容尺也”,指的正是這個意思。

我自己的理解,給定長度,就可以用固定長度的尺子度量其全部長度。


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