关于实数完备性的基本定理

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1、目录摘要1关键词1Abstract1KeyWords1前言11预备知识11.1关于确界的定义11.2极限的定义21.3区间套的定义21.4聚点的定义31.5有限覆盖的定义32关于实数完备性的基本定理32.1确界定理32.2单调有界定理42.3区间套定理42.4聚点定理和致密性定理52.5有限覆盖定理52.6柯西收敛准则5结语6参考文献6关于实数完备性的基本定理摘要:本文主要讨论了关于实数完备性的基本定理,包括确界定理、单调有界定理、区间套定理、有限覆盖定理、聚点定理和致密性定理、柯西收敛准则,并举出相关实例以说

2、明.关键词:实数;完备性BasicTheoremsofRealNumberCompletenessAbstract:Thispapermainlydiscussesthebasictheoremsoncompletenessofreal,includingtheoremofsupremum,monotoneboundedtheorem,theoremofnestedinterval,finitecoveringtheorem,theoremofaccumulationpointandcompacttheorem

3、,Cauthyconvergencecriterion,andsomerelatedexamplestoillustrate.KeyWords:Realnumber;Completeness前言数学分析的基础是实数理论.实数系最重要的特征是完备性和连续性,有了实数的完备性和连续性,才能讨论极限,连续,微分和积分.正是在讨论函数的各种极限运算的合法性的过程中,人们逐渐建立起严密的数学分析理论体系.数学分析初于对实数完备性在理论体系上的严格化和精确化,从而确立了在整个自然科学中的基础地位,并运用于自然科学的各个领域

4、.实数系的完备性是实数的一个重要特征,与之相关的六个基本定理是批次等价的,并且是论证其他一些重要定理(如一致连续性定理等)的依据,他们从不同的角度刻画了实数系的完备性,在理论上具有重要价值.1预备知识1.1关于确界的定义设S为R中的一个数集.若存在数M(L),使得对一切都有,则称S为有上界(下界)的数集,数M(L)称为S的一个上界(下界).若数集S既有上界又有下界,则称S为有界集.若S不是有界集,则称S为无界集.设S是R中的一个数集.若数满足:(i)对一切,有,即是S的上界;(ii)对任何,存在,使得,即又是S

5、的最小上界,则称数为数集S的上确界,记作设S是R中的一个数集.若数满足:(i)对一切,有,即是S的下界;(ii)对任何,存在,使得,即又是S的最大下界,则称数为数集S的下确界,记作上确界与下确界统称为确界.1.2极限的定义设为数列,为定数.若对任给的正数,总存在正整数N,使得当时有则称数列收敛于,定数称为数列的极限,并记作,或,读作“当n趋于无穷大时,的极限等于或趋于”.1.3区间套的定义设闭区间列具有如下性质:(i),n=1,2,…;(ii),则称为闭区间套,或简称区间套.1.4聚点的定义设S为数轴上的点集,

6、为定点(它可以属于S,也可以不属于S).若的任何邻域上都含有S中无穷多个点,则称为点集S的一个聚点.对于点集S,若点的任何邻域上都含有S中异于的点,即,则称为S的一个聚点.若存在各项互异的收敛数列,则其极限称为S的一个聚点.1.5有限覆盖的定义设S为数轴上的点集,H为开区间的集合(即H的每一个元素都是形如的开区间).若S中任何一点都含在H中至少一个开区间内,则称H为S的一个开覆盖,或称H覆盖S.若H中开区间的个数是无限(有限)的,则称H为S的一个无限开覆盖(有限开覆盖).2关于实数完备性的基本定理2.1确界定理

7、设S为非空数集.若S有上界,则S必有上确界;若S有下界,则S必有下确界.推广的确界原理:任一非空数集必有上、下确界(正常的或非正常的).例1设A,B为非空数集,满足:对一切和有.证明:数集A有上确界,数集B有下确界,且证由假设,数集B中任一数y都是数集A的上界,A中任一数x都是B的下界,故由确界原理推知数集A有上确界,数集B有下确界.对任何,y是数集A的一个上界,而由上确界的定义知,是数集A的最小上界,故有.而此式又表明数是数集B的一个下界,故由下确界定义证得.2.2单调有界定理在实数系中,有界的单调数列必有极

8、限.例2设.证明:收敛.证显然是递增数列.因为当时,…=+<+<=,以及,所以故是有界的.根据单调有界定理可知数列是收敛的.2.3区间套定理若是一个区间套,则在实数系中存在唯一的一点,使得,n=1,2,…,即,n=1,2,…推论:若(n=1,2,…)是区间套所确定的点,则对任给的,存在N>0,使得当n>N时有注:区间套定理中要求各个区间都是闭区间,才能保证定理的结论成立.例3证明:若在

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