न्यूनतम-उच्चतर-परिबद्ध गुण

प्रत्येक गैर-रिक्त उपसमुच्चय

M

वास्तविक संख्याओं में से

\mathbb {R}

जो ऊपर से घिरा है उसकी ऊपरी सीमा सबसे कम है।

गणित में, न्यूनतम-ऊपरी-परिबद्ध गुण (कभी-कभी पूर्णता या सर्वोच्च गुण या एल.यू.बी. गुण कहा जाता है)^[1] वास्तविक संख्याओं की एक मौलिक गुण है। अधिक आम तौर पर, आंशिक रूप से क्रमित किए गए समुच्चय $X$ में सबसे कम-ऊपरी-बाउंड गुण होती है यदि ऊपरी बाउंड के साथ $X$ के प्रत्येक गैर-खाली उपसमुच्चय में $X$ में कम से कम ऊपरी बाउंड (सर्वोच्च) होता है। प्रत्येक (आंशिक रूप से) क्रमित किए गए समुच्चय में कम से कम ऊपरी सीमा वाली गुण नहीं होती है। उदाहरण के लिए, अपने प्राकृतिक क्रम के साथ सभी परिमेय संख्याओं के समुच्चय Q में न्यूनतम ऊपरी सीमा वाली गुण नहीं होती है।

न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण वास्तविक संख्याओं के लिए पूर्णता सिद्धांत का एक रूप है, और कभी-कभी इसे डेडेकाइंड पूर्णता के रूप में जाना जाता है।^[2] इसका उपयोग वास्तविक विश्लेषण के कई मूलभूत परिणामों को साबित करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि मध्यवर्ती मूल्य प्रमेय, बोल्ज़ानो-वेइरस्ट्रैस प्रमेय, चरम मूल्य प्रमेय और हेन-बोरेल प्रमेय। इसे आमतौर पर वास्तविक संख्याओं के सिंथेटिक निर्माण में एक स्वयंसिद्ध के रूप में लिया जाता है, और यह डेडेकाइंड कट्स का उपयोग करके वास्तविक संख्याओं के निर्माण से भी घनिष्ठ रूप से संबंधित है।

क्रमित सिद्धांत में, इस गुण को किसी आंशिक रूप से आदेशित सेट के लिए पूर्णता की धारणा के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है। एक रैखिक रूप से क्रमित सेट जो सघन होता है और जिसमें सबसे कम ऊपरी सीमा वाला गुण होता है, उसे रैखिक सातत्य कहा जाता है।

गुण का विवरण

वास्तविक संख्याओं के लिए कथन

होने देना $S$ वास्तविक संख्याओं का एक गैर-रिक्त समुच्चय बनें।

एक वास्तविक संख्या $x$ को ऊपरी सीमा कहा जाता है $S$ अगर $x \geq s$ सभी के लिए $s \in S$ .
एक वास्तविक संख्या $x$ के लिए न्यूनतम ऊपरी सीमा (या सर्वोच्च) है $S$ अगर $x$ के लिए ऊपरी सीमा है $S$ और $x \leq y$ प्रत्येक ऊपरी सीमा के लिए $y$ का $S$ .

न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण बताती है कि वास्तविक संख्याओं का कोई भी गैर-रिक्त समुच्चय जिसकी ऊपरी सीमा है, वास्तविक संख्याओं में कम से कम ऊपरी सीमा होनी चाहिए।

आदेशित समुच्चयों का सामान्यीकरण

लाल: समुच्चय

\left\{x\in \mathbf {Q} :x^{2}\leq 2\right\}

. नीला: इसकी ऊपरी सीमा का समुच्चय

\mathbf {Q}

.

अधिक आम तौर पर, आंशिक रूप से क्रमित किए गए समुच्चय के किसी भी सबसमुच्चय के लिए ऊपरी सीमा और न्यूनतम ऊपरी सीमा को परिभाषित किया जा सकता है $X$ , "वास्तविक संख्या" को "के तत्व" से प्रतिस्थापित कर दिया गया है $X$ "। इस मामले में हम ऐसा कहते हैं $X$ के पास न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण है यदि प्रत्येक गैर-रिक्त उपसमुच्चय $X$ ऊपरी सीमा के साथ न्यूनतम ऊपरी सीमा होती है $X$ .

उदाहरण के लिए, समुच्चय $Q$ तर्कसंगत संख्याओं में सामान्य क्रम के तहत न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण नहीं होती है। उदाहरण के लिए, समुच्चय

\left\{x\in \mathbf {Q} :x^{2}\leq 2\right\}=\mathbf {Q} \cap \left(-{\sqrt {2}},{\sqrt {2}}\right)

में एक ऊपरी सीमा होती है $Q$ , लेकिन इसमें कम से कम ऊपरी सीमा नहीं है $Q$ (चूंकि दो का वर्गमूल अपरिमेय संख्या है)। डेडेकाइंड कट्स का उपयोग करके वास्तविक संख्याओं का निर्माण, अपरिमेय संख्याओं को परिमेय के कुछ उपसमुच्चयों की सबसे कम ऊपरी सीमा के रूप में परिभाषित करके इस विफलता का लाभ उठाता है।

प्रमाण

तार्किक स्थिति

न्यूनतम-ऊपरी-बाउंड गुण पूर्णता स्वयंसिद्ध के अन्य रूपों के बराबर है, जैसे कॉची अनुक्रमों का अभिसरण या [[नेस्टेड अंतराल प्रमेय]]। गुण की तार्किक स्थिति उपयोग की गई वास्तविक संख्याओं के निर्माण पर निर्भर करती है: वास्तविक संख्याओं के निर्माण में #सिंथेटिक दृष्टिकोण, गुण को आमतौर पर वास्तविक संख्याओं के लिए एक स्वयंसिद्ध के रूप में लिया जाता है (कम से कम ऊपरी सीमा स्वयंसिद्ध देखें); रचनात्मक दृष्टिकोण में, गुण को एक प्रमेय के रूप में सिद्ध किया जाना चाहिए, या तो सीधे निर्माण से या पूर्णता के किसी अन्य रूप के परिणामस्वरूप।

कॉची अनुक्रमों का उपयोग करके प्रमाण

इस धारणा का उपयोग करके न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण को साबित करना संभव है कि वास्तविक संख्याओं का प्रत्येक कॉची अनुक्रम अभिसरण करता है। होने देना $S$ वास्तविक संख्याओं का एक अरिक्त समुच्चय बनें। अगर $S$ में बिल्कुल एक तत्व है, तो इसका एकमात्र तत्व न्यूनतम ऊपरी सीमा है। तो विचार करें $S$ एक से अधिक तत्वों के साथ, और मान लीजिए कि $S$ की एक ऊपरी सीमा है $B 1$ . तब से $S$ शून्य नहीं है और इसमें एक से अधिक तत्व हैं, एक वास्तविक संख्या मौजूद है $A 1$ इसके लिए कोई ऊपरी सीमा नहीं है $S$ . अनुक्रमों को परिभाषित करें $A 1, A 2, A 3, ...$ और $B 1, B 2, B 3, ...$ पुनरावर्ती रूप से इस प्रकार है:

हवामान जाँच लो $(A n + B n) ⁄ 2$ के लिए ऊपरी सीमा है $S$ .
अगर है तो चलो $A n +1 = A n$ और जाने $B n +1 = (A n + B n) ⁄ 2$ .
अन्यथा कोई तत्व अवश्य होगा $s$ में $S$ ताकि $s >(A n + B n) ⁄ 2$ . होने देना $A n +1 = s$ और जाने $B n +1 = B n$ .

तब $A 1 \leq A 2 \leq A 3 \leq \dots \leq B 3 \leq B 2 \leq B 1$ और $| A n - B n | \to 0$ जैसा $n \to \infty$ . इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि दोनों अनुक्रम कॉची हैं और उनकी सीमा समान है $L$ , जिसके लिए न्यूनतम ऊपरी सीमा होनी चाहिए $S$ .

अनुप्रयोग

की सबसे कम-ऊपरी-सीमा वाली गुण $R$ का उपयोग वास्तविक विश्लेषण में कई मुख्य मूलभूत प्रमेयों को सिद्ध करने के लिए किया जा सकता है।

मध्यवर्ती मूल्य प्रमेय

होने देना $f : [a, b] \to R$ एक सतत कार्य हो, और मान लीजिए $f (a) < 0$ और $f (b) > 0$ . इस मामले में, मध्यवर्ती मूल्य प्रमेय बताता है कि $f$ अंतराल में किसी फ़ंक्शन का रूट होना चाहिए $[a, b]$ . इस प्रमेय को समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

S = {s \in [a, b] : f (x) < 0 for all x \leq s}

.

वह है, $S$ का प्रारंभिक खंड है $[a, b]$ जो नकारात्मक मान लेता है $f$ . तब $b$ के लिए ऊपरी सीमा है $S$ , और सबसे छोटी ऊपरी सीमा का मूल होना चाहिए $f$ .

बोलजानो-वीयरस्ट्रैस प्रमेय

बोल्ज़ानो-वीयरस्ट्रैस प्रमेय के लिए $R$ बताता है कि प्रत्येक अनुक्रम $x n$ एक बंद अंतराल में वास्तविक संख्याओं का $[a, b]$ एक अभिसरण अनुवर्ती होना चाहिए। इस प्रमेय को समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

S = {s \in [a, b] : s \leq x n for infinitely many n}

स्पष्ट रूप से, $a\in S$ , और $S$ खाली नहीं है। इसके साथ ही, $b$ के लिए ऊपरी सीमा है $S$ , इसलिए $S$ की न्यूनतम ऊपरी सीमा है $c$ . तब $c$ अनुक्रम का एक सीमा बिंदु होना चाहिए $x n$ , और यह उसका अनुसरण करता है $x n$ में एक अनुवर्ती है जो अभिसरण करता है $c$ .

चरम मान प्रमेय

होने देना $f : [a, b] \to R$ एक सतत कार्य हो और चलो $M = sup f ([a, b])$ , कहाँ $M = \infty$ अगर $f ([a, b])$ की कोई ऊपरी सीमा नहीं है. चरम मूल्य प्रमेय यह बताता है $M$ परिमित है और $f (c) = M$ कुछ के लिए $c \in [a, b]$ . इसे समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

S = {s \in [a, b] : sup f ([s, b]) = M}

.

की परिभाषा के अनुसार $M$ , $a \in S$ , और अपनी परिभाषा के अनुसार, $S$ से घिरा है $b$ . अगर $c$ की सबसे निचली ऊपरी सीमा है $S$ , तो यह निरंतरता से अनुसरण करता है कि $f (c) = M$ .

हेन-बोरेल प्रमेय

होने देना $[a, b]$ में एक बंद अंतराल हो $R$ , और जाने ${U α}$ खुले समुच्चयों का एक संग्रह हो जो कवर करें (टोपोलॉजी) $[a, b]$ . फिर हेन-बोरेल प्रमेय बताता है कि कुछ परिमित उपसंग्रह ${U α}$ कवर करता है $[a, b]$ भी। इस कथन को समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

S = {s \in [a, b] : [a, s] can be covered by finitely many U α}

.

समुच्चय $S$ स्पष्ट रूप से शामिल है $a$ , और से घिरा है $b$ निर्माण द्वारा. न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण से, $S$ की न्यूनतम ऊपरी सीमा है $c \in [a, b]$ . इस तरह, $c$ स्वयं कुछ खुले समुच्चय का एक तत्व है $U α$ , और यह इसके लिए अनुसरण करता है $c < b$ वह $[a, c + δ]$ को बहुत से लोगों द्वारा कवर किया जा सकता है $U α$ कुछ के लिए पर्याप्त रूप से छोटा $δ > 0$ . इससे यह सिद्ध होता है $c + δ \in S$ और $c$ के लिए कोई ऊपरी सीमा नहीं है $S$ . फलस्वरूप, $c = b$ .

इतिहास

न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली गुण के महत्व को सबसे पहले बर्नार्ड बोलजानो ने अपने 1817 के पेपर में प्रमेय का विशुद्ध रूप से विश्लेषणात्मक प्रमाण माना था कि विपरीत परिणाम देने वाले प्रत्येक दो मूल्यों के बीच, समीकरण की कम से कम एक वास्तविक जड़ होती है।^[3]

यह भी देखें

वास्तविक विश्लेषण विषयों की सूची

↑ Bartle and Sherbert (2011) define the "completeness property" and say that it is also called the "supremum property". (p. 39)
↑ Willard says that an ordered space "X is Dedekind complete if every subset of X having an upper bound has a least upper bound." (pp. 124-5, Problem 17E.)
↑ Raman-Sundström, Manya (August–September 2015). "सघनता का एक शैक्षणिक इतिहास". American Mathematical Monthly. 122 (7): 619–635. arXiv:1006.4131. doi:10.4169/amer.math.monthly.122.7.619. JSTOR 10.4169/amer.math.monthly.122.7.619. S2CID 119936587.

संदर्भ

Abbott, Stephen (2001). Understanding Analysis. Undergraduate Texts in Mathematics. New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-95060-5.
Aliprantis, Charalambos D; Burkinshaw, Owen (1998). Principles of real analysis (Third ed.). Academic. ISBN 0-12-050257-7.

Bartle, Robert G.; Sherbert, Donald R. (2011). Introduction to Real Analysis (4 ed.). New York: John Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-43331-6.
Bressoud, David (2007). A Radical Approach to Real Analysis. MAA. ISBN 978-0-88385-747-2.
Browder, Andrew (1996). Mathematical Analysis: An Introduction. Undergraduate Texts in Mathematics. New York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-94614-4.
Dangello, Frank; Seyfried, Michael (1999). Introductory Real Analysis. Brooks Cole. ISBN 978-0-395-95933-6.
Rudin, Walter (1976). Principles of Mathematical Analysis. Walter Rudin Student Series in Advanced Mathematics (3 ed.). McGraw–Hill. ISBN 978-0-07-054235-8.
Willard, Stephen (2004) [1970]. General Topology. Mineola, N.Y.: Dover Publications. ISBN 9780486434797.

[1] Bartle and Sherbert (2011) define the "completeness property" and say that it is also called the "supremum property". (p. 39)

[2] Willard says that an ordered space "X is Dedekind complete if every subset of X having an upper bound has a least upper bound." (pp. 124-5, Problem 17E.)

[Sundström-3] Raman-Sundström, Manya (August–September 2015). "सघनता का एक शैक्षणिक इतिहास". American Mathematical Monthly. 122 (7): 619–635. arXiv:1006.4131. doi:10.4169/amer.math.monthly.122.7.619. JSTOR 10.4169/amer.math.monthly.122.7.619. S2CID 119936587.

[1]

[2]

[3]

Anonymous

Search

न्यूनतम-उच्चतर-परिबद्ध गुण

Namespaces

More

Page actions

Contents