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Las brechas entre los números en la recta numérica real

Yo estaba leyendo un libro llamado Cálculo Conceptos Básicos para las Escuelas secundarias, y, en el tema de límite, se discutió que uno no puede tener dos límites para una secuencia dada, siempre que la secuencia tiene un límite. Y la consecuencia inmediata de esto es que no puede ser un número de vecinos porque siempre se puede encontrar un número de entre cualquiera de los números seleccionados; sin embargo, cerca de que puede ser. Así, en un intervalo abierto $(a,b)$, uno no puede encontrar el número más grande.

Yo quiero a alguien para elaborar esta pieza de texto de "Cálculo Conceptos Básicos para las Escuelas secundarias: L. V. Tarasov":

Sin embargo, si hubo un punto de vecina 1, después de la eliminación de la última de "vecino" se habría convertido en el mayor número. Me gustaría notar que muchos de los "delicados" puntos y muchos "secretos" en el cálculo teoremas son, finalmente, asociado con el imposibilidad de identificar a los dos vecinos de puntos en el real de la línea, o de la especificación de la mayor o menor número en un intervalo abierto de la recta real.

  • ¿Qué pasaría si nos puede encontrar un número de vecinos?
  • Cómo es el cálculo asociado con la imposibilidad de identificar a los dos vecinos puntos en la recta real?

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Paramanand Singh Puntos 13338

Bueno, el punto que se habla es llamada densidad/densidad y se aplica a los números racionales también. El caso de los números racionales es más simple y debería estar en la mente de un alumno de séptimo grado. Es lamentable que la mayoría de los libros de texto no hacen hincapié en este concepto de densidad en el momento adecuado y, más tarde, los estudiantes tienen que luchar mientras que el estudio de cálculo.


Comenzamos con el siguiente:

Teorema 1: Entre cualquiera de los dos (diferentes) los números racionales se encuentra otro número racional.

Esta es una consecuencia inmediata de lo siguiente:

Teorema 2: Dado cualquier número racional positivo hay otra de menor número racional positivo.

Esto es fácil de entender y demostrar así. Si $m/n$ es un número racional positivo, a continuación, $m/(n+1)$ es positivo y menor número racional. Así que todo está en última instancia, depende de la existencia de un mayor número entero positivo $n+1$ dado un entero positivo $n$. Por otra parte esto también muestra que no es menos positivo número racional.

Luego podemos usar el teorema 2 para probar el teorema 1. Si $a, b$ son dos racionales con $a<b$, entonces el número de $d=b-a>0$ y sólo tenemos que encontrar un menor número racional positivo $d'$ (que existe a través de teorema 2) y podemos tomar $c=a+d'$ como número racional que se extiende entre los $a, b$.

Tanto los teoremas anteriores también se pueden probar usando el punto medio de la técnica. Por lo tanto si $d$ es un número racional positivo $d/2$ es uno más pequeño. Y claramente $(a+b) /2$ es un número que se encuentra entre el $a, b$. Es importante tener en cuenta ambos enfoques hacia estos teoremas. Tenga en cuenta también que el resultado en el teorema 1 se puede repetir para obtener como muchos números racionales como nosotros, por favor entre cualquier dos racionales.

Ahora, la idea de un vecino (sucesor o predecesor para el caso de los números enteros) se rompe por los números racionales. Para decirlo más precisamente , dado cualquier número racional $r$, no es menos racional, número que supera $r$ y no hay mayor número racional que es superado por $r$.

Esto se expresa de manera informal diciendo que, dado cualquier número racional $r$ podemos encontrar un número racional como cerca (cerca de) a $r$ y menos (o más) de $r$ como nos plazca.

Las definiciones de los conceptos clave (límites) en el cálculo el uso de las ideas mencionadas anteriormente y se depende fundamentalmente del hecho de que no hay menos número positivo y no hay mayor entero positivo. Sin embargo, el hecho de que no hay ningún vecino para un determinado número racional no es un inconveniente. Es una característica que se utiliza en todas partes en las definiciones de cálculo. Una consecuencia de estos hechos es que tenemos un suministro infinito de pequeños y más pequeños números positivos y mayor y mayor enteros positivos. Y el cálculo en general trata y por lo tanto necesita infinito de cosas.

Otra de las claves y un poco difícil ingrediente activo en el cálculo es lo que llamamos integridad y que trata con el hecho de que aunque los racionales son densos, a ellos les hace falta algo y esta inadecuación se cumple a través de la creación de los números reales. La idea de integridad no se da la suficiente atención en la mayoría de los libros de texto de cálculo (como en esta respuesta, pero sólo para mantener la longitud de la respuesta en el control y puede ser discutido en otra respuesta si lo desea), pero uno puede resumir con una imagen como la siguiente:

La idea de la densidad es esencial para formular los conceptos del cálculo y la idea de integridad es necesaria para que estos conceptos no operan en un vacío (es decir, ellos tienen algunos no trivial consecuencias).

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vadim123 Puntos 54128
  1. Si podemos encontrar una vecina número, a continuación, las reglas básicas de la aritmética se han derrumbado y ha sido refutada. Si esto sucediera, el universo sería el colapso de todos modos. Si $a,b$ son consecutivos números reales, con a $a<b$, a continuación, establezca $c=\frac{a+b}{2}$. Tenemos $$a=\frac{a}{2}+\frac{a}{2}<\frac{a}{2}+\frac{b}{2} = c < \frac{b}{2}+\frac{b}{2}=b$$ y hemos desmiente que $a,b$ son consecutivos (desde $c$ está entre ellos, y también es un número real.

    1. El cálculo es todo acerca de no solo números, pero las secuencias de números acercando más y más a otro número. En el intervalo de $(3,5)$, podemos tomar una secuencia $4,4.5, 4.9, 4.99, \ldots$ que se están acercando a la parte superior del intervalo, pero nunca la alcanza.

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Cybolic Puntos 177

Esencialmente, todo esto se reduce a la especial propiedad de los números reales que cualquier posible brecha está llena, por así decirlo. Esto es lo que hace que el cálculo sea posible, para eso es esta propiedad de los números reales que nos asegura que podemos estar seguros de que el conjunto de los números reales es compacto.

Los números racionales no tienen esta propiedad, a pesar de ser densa. Es decir, considerar que entre cualesquiera dos números enteros, siempre hay un número finito de números enteros; sin embargo, entre cualesquiera dos números racionales siempre se puede encontrar un número racional, por lo que entre dos números racionales hay infinitos racionales.

Pero muy interesante, ya que esto es, lo que podría conducir a uno a esperar que los racionales agotar todas las posibles brecha, nos encontramos con que algunas de las lagunas que aún existen, y que es lo que los números irracionales de relleno. Por lo tanto, la definición misma de reales como los límites de las secuencias de números racionales que hace que el conjunto completo. Esta es la razón por la que usted siempre puede hacerse arbitrariamente cerca de un número irracional sin aterrizar en ella, por así decirlo.

Por lo tanto, si no hay números entre dos números enteros, que no son necesariamente distintos. Pero esto ya es satisfecho por los racionales. El irrationals completo esto mediante la adición de los puntos donde no racional, posiblemente, podría ser.

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celtschk Puntos 13058

Supongamos que para algún número real $a$ existía una próxima mayor número real $a'$. Ahora incluso la mayoría de las definiciones básicas de cálculo se supone que se puede tomar la suma y diferencia de dos números reales. Por lo tanto, no tendría que existir el número de $\epsilon := a'-a$. Ahora $\epsilon$ sería el más pequeño número real positivo, ya que si hubo un número $0<\epsilon'<\epsilon$, entonces tendríamos $a < a+\epsilon' < a+\epsilon=a'$ en contradicción con la hipótesis original de que $a'$ es el siguiente número después de $a$.

Sin embargo, si $\epsilon$ es el menor número posible, ¿qué acerca de la $\epsilon/2$? Claramente que también debe ser positiva, pero menor que $\epsilon$! Así que la única manera de hacer que la demanda consistente es declarar que el $\epsilon$ no puede ser dividido. Ahora esto ya es bastante grave restricción; pero luego de aceptar el mismo para los números enteros (en los enteros, $1$ no puede ser dividido por $2$), asi que por el momento solo aceptamos. A continuación, todo lo que es bueno, correcto?

Bien, no. En primer lugar, nos damos cuenta de que $\epsilon$ no puede ser un número racional, ya que cualquier número racional es divisible por $2$. Pero $\epsilon$ es el menor número positivo, por lo que es menor que todos los números racionales. Todavía no parecer una gran cosa, ¿verdad?

Pero entonces, considerar la secuencia de $a_n = \frac{1}{n}$. En los números racionales esto converge a $0$. Pero todos los $a_n$ son racionales y positivos, por lo tanto para todos los $n$, nos encontramos con que $\epsilon < |a_n-0| = a_n$. Así que tal vez no converge a $\epsilon$ lugar? No, porque exigimos que se puede sumar y restar términos con $\epsilon$ (y sin eso, no podemos ni siquiera podía definir la convergencia!), y por lo tanto también tiene que existir el número de $2\epsilon = \epsilon+\epsilon$. Y es fácil ver que $2\epsilon$ no puede ser racional, de lo contrario, la mitad de la que sería, también, pero la mitad de $2\epsilon$$\epsilon$, que ya hemos identificado como la no-racional. Y entonces nos encontramos con que $a_n > 2\epsilon$ y, por tanto,$\epsilon < |a_n-\epsilon|$. Podemos continuar este juego, y encontramos que podemos encontrar ningún número al que $a_n$ converge!

Pero la razón por la que introducir los números reales es exactamente para obtener los límites de las secuencias que no convergen en los racionales, pero "parece" secuencias convergentes. Pero ahora, con la asunción de un número siguiente, para cualquier número real, nos da bastante el resultado opuesto: Ahora incluso secuencias que convergen bastante bien en los números racionales ya no convergen en los números reales!

Afortunadamente, en la propia definición de los números reales no existe un siguiente número para cualquier número real (así como no existe un siguiente número para cualquier número racional), y por lo tanto todos aquellos que no surjan problemas.

También tenga en cuenta que la fuente última de los problemas observados fue que a partir de la suposición de que nos pudieran derivarse de un número positivo menor que todo número racional positivo. Por lo tanto, cualquier construcción que presenta tales números (llamados números infinitesimales) se ejecuta con los mismos problemas.

Ahora no ¿ existe algo que se llama no-estándar de análisis que de hecho introducir números infinitesimales (pero no un próximo número a un número). Pero sólo puede hacerlo en el costo de deshacerse de los límites y re-definición de prácticamente todos los conceptos de análisis.

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Primera pregunta: ¿Qué pasaría si nos puede encontrar un número de vecinos?

Si podemos encontrar una vecina número, a continuación, el conjunto de los números reales serán registrables, lo cual no es cierto.
Segunda pregunta: Cómo es el cálculo asociado con la imposibilidad de identificar a los dos vecinos de puntos en la recta real?

El cálculo es sobre todo acerca de la diferenciación y la integración tanto de las cuales dependen el concepto de límite. La línea real con la existencia de vecinos número se convierte en un conjunto discreto en el que el concepto de límite como sabemos se rompe.

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