哪位朋友知道区间套定理是什么?谢谢!

2024-05-17

1. 哪位朋友知道区间套定理是什么?谢谢!

你是否要的这个?
区间套定理
ZT
下面给出一个有关区间套的定理。
记得我们曾经用有理区间套来定义实数,那种方式直观但不尽完美。现在很高兴可以在我们新的实数理论中,证明与区间套有关的结论。我们将看到,这个区间套定理只是确界定理的一个应用而已。
[定理]
区间套定理
设{[An,
Bn]
|
n=1,2,…}是一串闭区间,且满足条件[An,
Bn]Ê[An+1,
Bn+1]
(n=1,2,…),则
∩[An,
Bn]
¹Æ
(n=1,2,…)
证明:由假设对每个自然数n,都有[An,
Bn]Ê[An+1,
Bn+1],所以当自然数n£m时,有[An,
Bn]
Ê[Am,
Bm],即有An
£
Am
£
Bm
£
Bn。由此就有An£Bm和Am£Bn。因此,不等式An£Bm对于任意的自然数都成立。于是集合A={A1,A2,…,An,…}是有上界的,因为每个Bm都是它的上界。根据上确界定理,集合A有上确界X0。因此对每个自然数n,由AnÎA,有An£X0。又因为对于每个自然数n,Bn都是A的上界,因此X0£Bn。所以对于每个自然数n,都有An£X0£Bn,即X0Î[An,
Bn],故X0Î∩[An,
Bn],从而有
∩[An,
Bn]¹Æ。证毕。
顺便指出,上述定理并不要求对于每个闭区间[An,
Bn],有Bn>An。只要求Bn³An就可以了(当然,如果存在自然数k,使得Bk=Ak
(=X0),那么此后所有的区间都只包含一个实数,且∩[An,
Bn]={X0})。另外,若上面的区间套数量是有限的,显然定理也是成立的。
这个区间套定理也让我们产生这样一个问题:在什么情况下,∩[An,
Bn]只包含一个实数?根据以前的经验,我们可能这样猜想:若区间[An,
Bn]的“长度”趋向于零,那么∩[An,
Bn]将包含唯一的实数。但是,我们这个实数理论中,目前还尚无“距离”的概念。因此我们要另外考虑。在上面定理的证明过程中我们看到,A有上确界X0。与此类似,设B={B1,B2,…,Bn,…},那么B有下确界Y0。我们可能已经想到了,∩[An,
Bn]包含唯一实数的充分必要条件是X0=Y0。下面给出证明。
[命题]
设{[An,
Bn]
|
n=1,2,…}是闭区间套,[An,
Bn]Ê[An+1,
Bn+1]
(n=1,2,…)。
另设A={A1,A2,…,An,…},有上确界X0;B={B1,B2,…,Bn,…},有下确界Y0。那么∩[An,
Bn]包含唯一实数的充分必要条件是X0=Y0。
证明:先证必要性。设∩[An,
Bn]包含唯一的实数,那么根据区间套定理的证明,A={A1,A2,…,An,…}的上确界X0Î∩[An,
Bn]。同理可证Y0Î∩[An,
Bn]。但已知∩[An,
Bn]只包含一个实数,因此X0=Y0。
再证充分性。因为”XÎ∩[An,
Bn],有An
£X£
Bn,对于任意的自然数n都成立。因此X是A={A1,A2,…,An,…}的上界。由于X0是A的上确界,所以X0£X。类似地,因为X是B={B1,B2,…,Bn,…}的下界,所以X£
Y0。这样就有X0£X£Y0。但已知X0=Y0,所以满足条件的X只有一个(X=X0=Y0),即∩[An,
Bn]只包含一个实数。证毕。

哪位朋友知道区间套定理是什么?谢谢!