Множество действительных чисел будем обозначать . Любое его подмножество называется числовым множеством. На множестве действительных чисел определены операции сложения и умножения:
· каждой паре действительных чисел и
ставится в соответствие действительное число, называемое суммой и обозначаемое
,
· каждой паре действительных чисел и
ставится в соответствие действительное число, называемое произведением и обозначаемое
. Символ
в дальнейшем будет, как правило, опускаться.
Множество действительных чисел обладает следующими свойствами.
А. Операция сложения.
А1.
А2.
А3. Существует такое действительное число, называемое нулем и обозначаемое , что
.
А4. Для любого действительного числа найдется такое действительное число
, что
. Число
называют противоположным числом к числу
и обозначают
. Число
называют разностью чисел
и
. При этом пишут
. Тем самым определена операция вычитания.
B. Операция умножения.
B1.
B2.
B3. Существует действительное число, называемое единицей и обозначаемое 1, что .
B4. Для любого действительного числа существует действительное число
, что
. Число
называется обратным числом к числу
и обозначается
. Число
называют отношением (частным) чисел
и
. Тем самым определена операция деления.
С. Связь операций сложения и умножения.
D. Упорядоченность.
На множестве действительных чисел определено отношение порядка. Для любых двух действительных чисел имеет место одно из двух соотношений:
либо (“
меньше
”), или, что то же самое,
(“
больше
”),
либо , или, что то же самое,
.
При этом выполняются следующие условия:
D1. Если и
, то
.
D2. Если , то
.
D3. Если и
, то
.
Соотношения порядка называют также сравнением действительных чисел по величине, или неравенствами. Запись означает, что либо
, либо
.
Из свойств D2 — D3 следует важное свойство множества действительных чисел, называемое плотностью действительных чисел: для любых двух различных действительных чисел и
,
,найдется такое третье число
, что
.
E. Непрерывность множества действительных чисел.
Для любых числовых множеств и
таких, что любая пара чисел
и
стеснена неравенством
, существует такое число
, что
.
Перечисленные свойства полностью определяют множество действительных чисел
Важные подмножества действительных чисел
1. Числа 1,2,3,… называются натуральными числами. Множество натуральных чисел будем обозначать .
2. Множество называется множеством целых чисел. Очевидно,
3. Множество называется множеством рациональных чисел. Очевидно,
.
4. Множество – дополнение множества рациональных чисел до множества действительных чисел, называется множеством иррациональных чисел.
5. Пусть и
– два действительных числа,
. Выделяют следующие типы числовых множеств, называемые числовыми промежутками:
– отрезок,
– интервал,
– полуинтервалы.
Определение. Числовое множество называют ограниченным сверху, если существует такое число
, что для всех
имеет место неравенство
. Число
называют в этом случае числом, ограничивающим сверху множество
.
Пример. Промежуток является примером ограниченного сверху множества. В качестве числа
, ограничивающего сверху это множество, может быть выбрано любое неотрицательное число.
Определение. Числовое множество называют ограниченным снизу, если существует такое число
, что для всех
имеет место неравенство
. Число
называют в этом случае числом, ограничивающим снизу множество
.
Пример. Промежуток является примером ограниченного снизу множества. В качестве числа
, ограничивающего снизу это множество, может быть выбрано любое неположительное число.
Определение. Числовое множество называют ограниченным, если оно ограничено сверху и снизу.
Пример 1. Интервал является ограниченным множеством, поскольку он ограничен сверху и снизу. Действительно, в качестве числа
, ограничивающего снизу это множество может быть выбрано, например, число
, а в качестве числа, ограничивающего множество сверху, выступает, например, число
.
Пример 2. Промежуток является ограниченным снизу и неограниченным сверху числовым множеством. Промежуток
является примером ограниченного сверху, но неограниченного снизу числового множества.
Определение 1. Есличисловое множество ограничено сверху, то наименьшее из чисел, ограничивающих сверху множество
, называют его верхней гранью и обозначают
, или
(от латинского слова supremum – наибольший).
Определение 2. Есличисловое множество ограничено снизу, то наибольшее из чисел, ограничивающих снизу множество, называют его нижней гранью и обозначают
, или
(от латинского слова infinum – наименьший).
Приведенные выше содержательные определения верхней и нижней граней числовых множеств могут быть переформулированы и даны в строгой математической форме.
Определение 1*. Число называется верхней гранью числового множества
, если
1. для любого выполняется неравенство
.
2. для любого числа существует число
, что
.
Определение 2*. Число называется нижней гранью числового множества
, если
1. для любого выполняется неравенство
.
2. для любого числа существует число
, что
.
Пример 1. Рассмотрим множество . Оно является ограниченным. Не трудно убедиться, что среди всех чисел, ограничивающих сверху это множество, наименьшим является число 2, а из всех чисел, ограничивающих множество снизу, наибольшим является число –1. Таким образом,
.
Заметим, что если точная грань множества достигается на этом множестве, т.е принадлежит рассматриваемому множеству, то вместо и
пишут
и
соответственно.
Пример 2. Рассмотрим полуинтервал [0,4). Не трудно видеть, что , причем здесь
,
, т.е. нижняя грань принадлежит множеству, а верхняя грань ему не принадлежит. В этом случае мы вправе написать
.
![Анастасия](/wp-content/uploads/2023/11/expert.webp)