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2 分钟

Analysis Learning

2026-09-09
2026-09-10

Intro#

 但卑意欲少年为学者,每⼀书皆作数过尽之。书富如⼊海,百货皆有,⼈之精⼒,不能兼收尽取,但得其所欲求者尔。故愿学者每次作⼀意求之。如欲求古今兴亡治乱、圣贤作⽤、但作此意求之,勿⽣余念。又别作⼀次,求事迹故实典章⽂物之类,亦如之。他皆仿此。此虽迂钝,⽽他⽇学成,⼋⾯受敌,与涉猎者不可同⽇⽽语也。

——苏轼, 又答王庠书

实数的公理化描述#

我们要求四元组 (R,+,⋅,≤)(\mathbb{R},+,\cdot,\le) 表⽰满⾜下⾯四套公理:

(F) 域公理: R\mathbb{R} 是一个域#

(F1) 加法结合律: x+(y+z)=(x+y)+zx+(y+z)=(x+y)+z
(F2) 加法交换律: x+y=y+xx+y=y+x
(F3) 加法单位元存在: ∃0∈R\exists 0\in \mathbb{R}, s.t. ∀x∈R,0+x=x\forall x\in \mathbb{R},0+x=x
(F4) 加法逆元存在: ∀x∈R,∃(−x)∈R\forall x\in\mathbb{R},\exists (-x)\in\mathbb{R}, s.t. x+(−x)=0x+(-x)=0
(F5) 乘法结合律: x⋅(y⋅z)=(x⋅y)⋅zx\cdot (y \cdot z)=(x\cdot y)\cdot z
(F6) 乘法交换律: x⋅y=y⋅xx\cdot y=y\cdot x
(F7) 乘法单位元存在: ∃1∈R\exists 1\in\mathbb{R}, s.t. 1≠01\ne 0 and ∀x∈R,1⋅x=x\forall x\in\mathbb{R},1\cdot x=x
(F8) 乘法逆元存在: ∀x∈R×,∃x−1∈R\forall x\in\mathbb{R^{\times}},\exists x^{-1}\in\mathbb{R}, s.t. x⋅x−1=1x\cdot x^{-1}=1
(F9) 乘法分配律: x⋅(y+z)=x⋅y+x⋅zx\cdot (y+z)=x\cdot y+x\cdot z

Remark1:
(F1)-(F4)成立, (R,+)(\mathbb{R},+) 为(交换)群
(F5)-(F9)成立, (R×,⋅)(\mathbb{R}^{\times},\cdot) 为(交换)群
(F1)-(F7)+(F9)成立, (R,+,⋅)(\mathbb{R},+,\cdot) 为(交换)环
(F1)-(F9)成立, (R,+,⋅)(\mathbb{R},+,\cdot) 为域

Remark2:
(F4)中的加法逆元容易证得唯一性
(F8)中的乘法逆元容易证得唯一性
(F7)中的 1≠01\ne 0 说明了 R\mathbb{R} 中至少要有2个元素

Remark3:
Prove: ∀x∈R,(−1)⋅x=(−x)\forall x\in\mathbb{R},(-1)\cdot x=(-x)
Hint: (−1)⋅x+x=(−1)⋅x+1⋅x(-1)\cdot x+x=(-1)\cdot x+1\cdot x

(O) 序公理: R\mathbb{R} 是有序域#

(O1) 序的传递性: x≤y,y≤z⇒x≤zx\le y,y\le z\Rightarrow x\le z
(O2) 序可以决定元素: x≤y,y≤x⇒x=yx\le y,y\le x\Rightarrow x=y
(O3) 全序关系: 任意两个 R\mathbb{R} 中元素均可比
(O4) 与加法相容: x≤y⇒x+z≤y+zx\le y\Rightarrow x+z\le y+z
(O5) 与乘法相容: x≥0,y≥0⇒xy≥0x\ge 0,y\ge 0\Rightarrow xy\ge 0

(A) AchimedesAchimedes 公理: R\mathbb{R} 是 Archimedes 有序域#

∀x>0,y\forall x>0,y

(I) 区间套公理#

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yao1415926
发布于
2026-09-09
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