我的回答在[西線晨霧：。。。。。]


我不這樣認為咧，歡迎反駁
送交者: Mushy 2008月09月17日13:17:56 於 [靈機一動] 發送悄悄話
回 答:神秘的無理數 - 挑戰學院派 由 西線晨霧 於2008-06-24 10:16:03

[quote]

現在討論戴狄金有理分劃定義無理數。我所知道的最常用的定義是，當有理分劃的
下組沒有最大數，上組沒有最小數時，約定分劃夾一個數。這個數就是無理數。其
實這個定義也是有缺陷的。首先，所謂夾就是比較大小。在這個數沒定義之前，怎
樣參與和有理數的比較？如果是逐位比較，那麼說明這個數已有定義，不必定義兩
次。還有，沒有無理數的定義，怎樣證明下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理
分劃的存在？就算這種分劃存在，如何證明這種分劃存在空隙而能容納一個數？如
果數中只有整數被定義，1和2之間還有空隙嗎？換句話說，如果沒有無理數的事先
定義，就不能證明，下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理分劃夾一個數。如果
只定義有理數域，沒有更廣泛的數域，有理數域的非只能是空集。

[quote]

我只想說，樓主的疑問很fundenmental,我也想了很久，最後還是藉助英文資料。我以下用英文，因為參考文獻主要是英文，我華文水平有限。

1. 我所知道的最常用的定義是，當有理分劃的
下組沒有最大數，上組沒有最小數時，約定分劃夾一個數。這個數就是無理數。

Let me restate the definition:

A Dedekind cut is a set over Q with these properties:
1. a cut is not empty, neither it is Q.
2. if a rational p belongs to a cut, then any rational q smaller than p belong to the cut as well.
3. if a rational p belongs to a cut, then p < r for some r in the cut.

This is from Principle of Mathematical Analysis, by Walter Rudin.

[西線晨霧：有理分劃的定義本身是沒有缺陷的。但用它來定義無理數就有缺陷了。]

其實這個定義也是有缺陷的。首先，所謂夾就是比較大小。在這個數沒定義之前，怎
樣參與和有理數的比較？

we can 比較大小, use inclusion of set:
let x,y be cuts and a,b be rationals,
then x<y if x is proper subset of y. To allow x,y 參與和有理數a,b的比較, think similiarly: x<a, if a does not belong to x. x>a, if a belongs to x.

[西線晨霧：這只是有理分劃之間比較大小，不是無理數與有理分劃比較大小。]

如果是逐位比較，那麼說明這個數已有定義，不必定義兩次。

yeah this is true. Because the definition of a decimal representation depends on the archimedean property of R which needs to be defined first.

archimedean property of R states that for x and y in R and x positive there exists a positive integer n such that nx > y. this may seem obvious,but it has to be deduced from condition 2 of definition of dedekind cut above.

沒有無理數的定義，怎樣證明下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理分劃的存在？

I dun know if I answers you question, but I can give an instance of 下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理分劃的存在.

quoted from the same book as above:
let A be the set of all positive rationals p such that p^2 > 2 and B be the set of all positive rationals q such that q^2 < 2.

Now I claim that A contains no smallest number and B contains no biggest number.
Proof by Infinite Descent:

For every rational p, we consider
p -(p^2-2)/(p+2)= (2p+2)/(p+2), [1]
then
q^2 -2 = 2(p^2-2)/(p+2)^2. [2]

If p is in A, then q is smaller than p by [1] and belongs to A by [2].
If p is in B, then q is bigger than p by [1] and belongs to B by [2].

[西線晨霧：不錯，但我認為這是sqrt(2)分開有理數上下組得到的。q^2 小於 2
與 q 小於sqrt(2)等價。當然你可以說你沒有用sqrt(2)。如果你這樣說，我退
一步，承認你找到一個特例。]

就算這種分劃存在，如何證明這種分劃存在空隙而能容納一個數？

I dun know to restate this:這種分劃存在空隙而能容納一個數.
the dedekind cut 這種分劃 itself is the real number.
the cut of all rationals p^2 < 2 defines what we intuitively know as sqrt(2).
It is Q that 存在空隙, so we fill these gaps with sets constructed from Q so that
if a set over the field is defined and is bounded above, the sup of the set exists in this field.

[西線晨霧：如果你認為sqrt(2)是個空隙，那說明你承認sqrt(2)是個數，那麼實際上
你已經承認了無理數事先有定義。還有，上面你只給一個特例。你能證明任何下組沒有
最大數，上組沒有最小數的有理分劃有空隙且夾一個無理數嗎？我想在無理數沒有其它
定義之前，你不能證明這一點。當然有了無理數事先定義(無限不循環小數)，很容易
證明，任何下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理分劃有空隙且夾一個無理數。]

如果數中只有整數被定義，1和2之間還有空隙嗎？

I only know this construction of natural number,
http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_number#Constructions_based_on_set_theory
If I guessed correctly, 2 is constructed from 1, so 1和2之間沒有空隙.

如果沒有無理數的事先定義，就不能證明，下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理分劃夾一個數。

下組沒有最大數，上組沒有最小數的有理分劃exists and is the number itself.

That is all I have to say. Well, just treat everything(natural numbers, rationals,reals) as sets and leave the rest to set theorists.

[西線晨霧：我不認為你上面的話正確。集合本身不能解決比較大小問題，也就是
不能解決順序問題]

歡迎指教和討論。

謝謝你的耐心

[西線晨霧：謝謝你的討論。對這些事，感興趣的人已經不多了]