17 votos

¿Cuántos números positivos que se suman asegurar que la suma es infinito?

A la pregunta del título es ingenuamente dicho, así que vamos a hacerlo más preciso: Vamos a $\sum_{n\in\alpha}a_n$ ordinal indexados secuencia de números reales tales que a $a_n>0$ por cada $n\in\alpha$ donde $\alpha$ es un número ordinal. ¿Cuál es la menor $\alpha$, lo que garantiza que $\sum_{n\in\alpha}a_n$ diverge? Desde bijections corresponden a reajustes de la suma, y puesto que el $a_n$ son positivos, la suma es absolutamente convergente o divergente a$+\infty$, independientemente de la orden, por lo que se deduce que el $\alpha$ es un número cardinal. Mi intuición me dice que $\alpha=\omega_1$, pero sólo puedo demostrar que $\alpha\le\frak{c}^+$, como sigue:

Deje $\sum_{n\in\frak{c}^+}a_n$ ser una suma de positivos reales con $\frak{c}^+$ términos y deje $s_\beta=\sum_{n\in \beta}a_n$ ser la secuencia de sumas parciales, por lo que el $s_{\beta+1}=s_\beta+a_\beta$. Entonces si $\beta<\gamma$, $s_\beta<s_\beta+a_\beta=s_{\beta+1}\le s_\gamma$, así, en particular, el $\{s_\beta\}$ son todos distintos, y $|\{s_\beta\}|=\frak{c}^+$. Si $\sum_{n\in\frak{c}^+}a_n=A$ es finito, entonces cada suma parcial es menor que $A$, lo $\{s_\beta\}\subseteq [0,A]\subseteq\mathbb{R}$, lo $\frak{c}^+=|\{s_\beta\}|\le|\mathbb{R}|=\frak{c}$, una contradicción. Por lo tanto $\sum_{n\in\frak{c}^+}a_n$ no es finito.

Como se indicó anteriormente, $\alpha\ge\omega_1$ es evidente, puesto que $\alpha$ es un cardenal, y $\sum_{n\in\omega}2^{-n}=2$ es finito, por lo $\alpha>\omega$. ¿Alguien puede probar que $\alpha\le\frak{c}$ o que $\alpha=\frak{c}^+$? No me puedo imaginar cualquier conjunto de números positivos indexado por los reales cuya suma podría ser finito, así que me inclino fuertemente hacia la $\alpha\le\frak{c}$, pero no sé cómo demostrarlo.

7voto

Greg Case Puntos 10300

Siguiente de André idea, permítanme añadir un pequeño refinamiento adicional para Mario de la respuesta: el Trabajo en $\mathsf{ZF}$. Si $X$ es un conjunto, y $a_x>0$ por cada $x\in X$, como de costumbre, definir la serie $\sum_{x\in X}a_x$ $$\sup\biggl\{\sum_{x\in X'}a_x\mid X'\subset X\mbox{ is finite}\biggr\}.$$ If the series converges, then we can write $X$ as a countable union of finite sets: $X=\bigcup_{n\in\omega}A_n$, where each $A_n$ is finite. Conversely, for any such set $X$ there are $a_x>0$ for $x\in X$ such that $\sum_{x\in X}a_x$ converge.

Tenga en cuenta que el requisito de la $X$ es, en general, estrictamente más débil que ser contable. Por ejemplo, un conjunto de Russell es un conjunto $X$ que puede ser escrita en la forma $X=\bigcup_n X_n$, donde cada una de las $X_n$ tiene dos, el $X_n$ son pares distintos, y no infinito de la subfamilia de las $X_n$ admite una función de elección, esto es, para cualquier infinitas $I\subseteq\omega$, $\prod_{n\in I}X_n$ está vacía. Es compatible con $\mathsf{ZF}$ que estos conjuntos de existir. (El nombre, por supuesto, viene de Russell la observación de que, dado un número infinito de pares de distinguir los calcetines, no hay manera de escoger un calcetín de cada par. Curiosamente, Russell anécdota involucrados botas en lugar de calcetines.)

Supongamos primero que $X=\bigcup_n A_n$. Para cada una de las $n$, vamos a $m_n=|A_n|$, y definir $\displaystyle a_x=\frac1{m_n 2^n}$ todos los $x\in A_n$. Tenemos que $\sum_{x\in X}a_x=2$.

Por el contrario, supongamos que $\sum_{x\in X}a_x$ converge. El punto es que, para cada entero positivo $n$, la $A_n=\left\{x\in X\mid a_x\in\left[\frac1n,\frac1{n-1}\right)\right\}$ es finito (donde $1/0$ se interpreta como $+\infty$). Esto es porque si $|A_n|\ge m$, luego $$S=\sum_{x\in X}a_x\ge\sum_{x\in A_n}a_x\ge \frac{m}{n+1},$$ so $S$ diverges if $A_n$ is infinite. But for each $x\in X$, since $a_x>0$, then $x\en A_n$ for some (unique) $n\in\omega$, and it follows that $X=\bigcup_n A_n$.

De hecho, para cada una de las $n\in\omega$, vamos a $B_n=\{a_x\mid x\in A_n\}$. Tenga en cuenta que $B_n$ es la imagen de un conjunto finito, por lo que es finito. Por otra parte, desde la $B_n$ es un conjunto de reales, viene equipado con un natural de la enumeración. Para cada una de las $x\in X$, vamos a $n_x=|\{y\in X\mid a_y=a_x\}|$. Deje $C_n=\bigcup_{x\in A_n}\{a_x\}\times n_x$. Tenga en cuenta que $C_n$ es un conjunto finito, y es linealmente ordenados lexicográficamente, natural mediante el ordenamiento de la $B_n$ y del número de $n_x=\{m\in\omega\mid m<n_x\}$. De ello se desprende que $C=\bigcup_n C_n$ es contable (sin apelar a ningún axioma de elección). Cada una de las $c\in C$ tiene la forma $(a_x,m)$ algunos $x\in X$ y algunos $m<n_x$, y podemos definir $b_c=a_x$. El punto de esto es que el $\sum_{x\in X}a_x=\sum_{c\in C}b_c$, que equivale a decir que, incluso si no son convergentes serie de positivos reales indexado por innumerables conjuntos de $X$, el hecho de que $X$ es incontable es superflua, ya que la serie puede ser explícitamente a escribir como una contables de la serie.

Por último, permítanme señalar que, si insistimos en que la $X$ es bien ordenado (como en Mario pregunta) entonces es contable, como la $A_n$ son naturalmente ordenado por el orden en que se heredan de $X$, lo $X$ es una contables de la unión de forma explícita contado conjuntos. (Esto muestra que si $X$ es un ordinal, a continuación,$X<\omega_1$. Tenga en cuenta que es consistente con $\mathsf{ZF}$ que $\omega_1$ es una contables de la unión de conjuntos contables.) Desde cualquier contables ordinal puede ser escrito como una contables de la unión finita de conjuntos (de hecho, de singleton), se deduce que el $\alpha$, tal como se define en la pregunta, es, de hecho,$\omega_1$.

6voto

David Moews Puntos 11543

Dado cualquier conjunto de incontable $\cal S$ de reales positivos, debe existir un $n\in{\Bbb Z}_{>0}$ tal que superan el uncountably muchos miembros de $\cal S$ $n^{-1}$. Por lo tanto, debe apartarse la suma de $\cal S$ $+\infty$. Sigue que $\alpha\le\omega_1$, y es fácil construir una suma convergente $\sum_{n<\beta} a_n$ % todos $\beta<\omega_1$. So, $\alpha=\omega_1$.

4voto

casperOne Puntos 49736

Este es un refinamiento de André Nicolás comentario.

Supongamos que existe una secuencia de reales $a_n$ de la longitud de la $\omega_1$ tal que $\sum_{n\in\omega_1}a_n$ es finito. Para cada una de las $m\in\omega$, definir una secuencia $i_m(n)$ tal que $i_m(n)$ es el menor ordinal mayor que $i_m(n-1)$ tal que $a_{i_m(n)}\in[(m+1)^{-1},m^{-1})$ (y que termina cuando no hay tal número entero). Cada secuencia es finito (vamos a la longitud de ser $l_m$), debido a que si por alguna $m$ la secuencia de $\{i_m(n)\}_{n\in\omega}$ era infinito, tendríamos $\sum_{n\in\omega_1}a_n\ge\sum_{n\in\omega}a_{i_m(n)}\ge\sum_{n\in\omega}(m+1)^{-1}=\infty$, en la contradicción. Por orden de la $i_m(n-1)$ lexicográficamente con $n$ en primer lugar, a continuación,$m$, obtenemos un bijection desde el conjunto de todos los $i_m(n)$$\omega$, y desde $\omega$ no es equinumerous con $\omega_1$, estamos obligados a concluir que existe una $\beta\in\omega_1$ tal que $\beta\ne i_m(n)$ cualquier $m\in\omega,n\in l_m$. Ahora $a_\beta\in[(m+1)^{-1},m^{-1})$ algunos $m$, lo $\beta$ debe estar en el conjunto $\{i_m(n)\}_{n\in l_m}$, una contradicción. Así, la suma debe ser infinito, y $\alpha=\omega_1$.

Tenga en cuenta que AC era innecesario para la prueba, puesto que el $a_n$ son bien ordenados desde el principio.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X