上确界和下确界是集合论中用于描述集合中元素性质的概念。给定一个实数集合A,我们可以分别找到它的最小上界(最小上确界,supremum)和最大下界(最大下确界,infimum)。
定义:
1. 上确界(supremum):设A是实数集合,若数a满足:
a) a≥A中所有元素;
b) 对于任意属于A的x,都有a≥x,
那么a称为A的上确界。
2. 下确界(infimum):设A是实数集合,若数b满足:
b) b≤A中所有元素;
c) 对于任意属于A的x,都有b≤x,
那么b称为A的下确界。
注意:上确界不一定属于集合A,而下确界也不一定属于集合A。但是,如果上(下)确界存在且属于A,那么它就被称为最小上(下)界。
例题:
1. 找出集合A={x|-1≤x≤1}的上确界和下确界。
解:对于任意实数a,如果a≥-1且a≤1,那么a∈A。因此,-1和1都满足上确界的条件,而-1和1也是集合A的元素,所以-1和1就是A的最小上界。
同样,对于任意实数b,如果b≤-1或b≥1,那么b∉A。因此,不存在这样的b满足下确界的条件。但是,集合A的边界值-1和1是满足下确界条件的,所以-1和1就是A的下确界。
2. 找出集合B={x|x>0}的上确界和下确界。
解:对于任意实数a,如果a>0,那么a∈B。因此,对于任意a,a≥0。也就是说,对于任意实数a,a都是B的上界。由于a可以是任意实数,所以B没有最小上界。
同样,对于任意实数b,如果b≤0,那么b∉B。因此,不存在这样的b满足下确界的条件。然而,我们可以选取0作为下界,因为0是B的最小边界值,且满足下确界的条件。所以,B的下确界为0。
确界是数学中重要的概念,它用来描述一个集合中元素的上限和下限。上确界(Supremum)和下确界(Infimum)是两个特殊的确界。
下确界(Infimum):对于一个有序集合S,如果存在一个数x,使得集合S中的每个元素都大于或等于x,那么x就是S的下确界。下确界是集合S的最大下界。
上确界(Supremum):对于一个有序集合S,如果存在一个数x,使得集合S中的每个元素都小于或等于x,那么x就是S的上确界。上确界是集合S的最小上界。
举个例子来说明:
集合S = {1, 2, 3, 4, 5},我们来找它的上确界和下确界:
上确界:最小的上界是5,因为集合中的每个元素都小于或等于5。
下确界:最大的下界是1,因为集合中的每个元素都大于或等于1。
集合S = (0, 1),表示开区间(0, 1),我们来找它的上确界和下确界:
上确界:上确界是1,因为在该区间内没有任何元素大于1。
下确界:下确界是0,因为在该区间内没有任何元素小于0。
需要注意的是,上确界和下确界并不一定是集合中的元素,它们可以是实数或扩展实数。
这些是上确界和下确界的基本定义和示例。它们在分析和集合论中有重要的应用,用于证明和解决许多数学问题。