阿基米德公理

在抽象代数和分析学中,以古希腊数学家阿基米德命名的公理,是一些赋范的群、域和代数结构具有的一个性质,可表述如下:

對於任何正實數 a 及 b,即使 a 多麼小,或是 b 多麼大,也必定存在自然數 n,使得 an>b。

這公理的粗略意義是,數字系統不存在具有无穷大或无穷小性質的元素。

这个概念源于古希腊对量的理论。由于它出现在阿基米德的《论球体和圆柱体》的公理五,1883年,奧地利數學家赋予它这个名字。

在現代實分析中,這性質不是一個公理,而是退卻為實數具完備性的結果。基於這理由,常以性質的叫法取而代之。

此性質在现代数学中,仍然起着重要的作用,例如有關有序群、有序域和局部域的理论,以及大卫·希尔伯特的几何公理系統。

形式敘述以及證明
解釋
簡單地說,阿基米德性質可以認為以下二句敘述的任一句:

#給出任何數,你總能夠挑選出一個整數大過原來的數。
#給出任何正數,你總能夠挑選出一個整數其倒數小過原來的數。

這等價于說,對於任何正實數a、b,如果a ,則存在自然數n,有

::: \underbrace{a+\cdots+a}_{n\text{ terms}} > b

与實數的完備性的关系
實數的完備性蘊含了阿基米德性質,證明利用了反證法:

假設對所有n,na (注意na表示n个a相加),令S=\{na|n=1,2,3,...\},則b爲S的上界(S上方有界,依實數完備性,必存在最小上界,令其為\alpha),於是\forall n = 1,2,3,...有

::: na

得出\alpha -a也是S的一個上界,這與\alpha是最小上界矛盾。這樣就由實數的完備性推出了阿基米德性質,但阿基米德性質推不出實數的完備性,因為有理數滿足阿基米德性質,但並不是完備的。

參看

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