实数可以分为有理数和无理数两类

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集合 R 满足完备性,即任意 R 的有非空子集S ( S∈R,S≠Φ),若 S 在 R 内有上界,那么 S 在 R 内有上确界。

最后一条是区分实数和有理数的关键。例如所有平方小于 2 的有理数的集合存在有理数上界,如 1.5;但是不存在实数上界(因为

不是有理数)。

实数通过上述性质唯一确定。更准确的说,给定任意两个有序域 R1 和 R2,存在从 R1 到 R2 的唯一的域同构,即代数学上两者可看作是相同的。

5相关性质

基本运算

实数可实现的基本运算有加、减、乘、除、乘方等,对非负数(即正数和0)还可以进行开方运算。实数加、减、乘、除(除数不为零)、平方后结果还是实数。任何实数都可以开奇次方,结果仍是实数,只有非负实数,才能开偶次方其结果还是实数。

4

图册

四则运算封闭性

实数集R对加、减、乘、除(除数不为零)四则运算具有封闭性,即任意两个实数的和、差、积、商(除数不为零)仍然是实数。

有序性

实数集是有序的,即任意两个实数a、b必定满足下列三个关系之一:

ab.

传递性

实数大小具有传递性,即若a>b,b>c,则有a>c.

阿基米德性

实数具有阿基米德(Archimedes)性,即对任何a,b ∈R,若b>a>0,则存在正整数n,使得na>b.

稠密性

实数集R具有稠密性,即两个不相等的实数之间必有另一个实数,既有有理数,也有无理数.

唯一性

如果在一条直线(通常为水平直线)上确定O作为原点,指定一个方向为正方向(通常把指向右的方向规定为正方向),并规定一个单位长度,则称此直线为数轴。任一实数都对应与数轴上的唯一一个点;反之,数轴上的每一个点也都唯一的表示一个实数。于是,实数集R与数轴上的点有着一一对应的关系。

完备性

作为度量空间或一致空间,实数集合是个完备空间,它有以下性质:

一.所有实数的柯西序列都有一个实数极限。

有理数集合就不是完备空间。例如,(1, 1.4, 1.41, 1.414, 1.4142,

1.41421, ...) 是有理数的柯西序列,但没有有理数极限。实际上,它有个实数极限√2。实数是有理数的完备化——这亦是构造实数集合的一种方法。

极限的存在是微积分的基础。实数的完备性等价于欧几里德几何的直线没有“空隙”。

二.“完备的有序域”

实数集合通常被描述为“完备的有序域”,这可以几种解释。

首先,有序域可以是完备格。然而,很容易发现没有有序域会是完备格。这是由于有序域没有最大元素(对任意元素 z,z + 1 将更大)。所以,这里的“完备”不是完备格的意思。

另外,有序域满足戴德金完备性,这在上述公理中已经定义。上述的唯一性也说明了这里的“完备”是指戴德金完备性的意思。这个完备性的意思非常接近采用戴德金分割来构造实数的方法,即从(有理数)有序域出发,通过标准的方法建立戴德金完备性。

这两个完备性的概念都忽略了域的结构。然而,有序群(域是种特殊的群)可以定义一致空间,而一致空间又有完备空间的概念。上述完备性中所述的只是一个特例。(这里采用一致空间中的完备性概念,而不是相关的人们熟知的度

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