阿基米德公理

阿基米德公理

在抽象代數和分析學中,以古希臘數學家阿基米德命名 的阿基米德公理(又稱阿基米德性質),是一些賦范的群、域和代數結構具有的一個性質。粗略地講,它是指沒有無窮大或無窮小的元素的性質。由於它出現在阿基米德的《論球體和圓柱體》的公理五,1883年,奧地利數學家Otto Stolz賦予它這個名字。

概述


阿基米德公理
阿基米德公理
也稱阿基米德性質,它並不是嚴格意義上的公理,可以由正性公理和完備性公理證明。在歐幾里得的幾何書中,它僅被描述為一個命題。

歷史


其實在歷史上,首先是一個希臘數學家“歐多克索斯”首先公布的,早於阿基米德100年。阿基米德本人也在手稿中坦言了這一點,但是遵從傳統,一般稱之為“阿基米德公理(性質)”

定義


1:對任一正數c,有自然數n滿足.
2:對任一正數ε,有自然數n滿足.
(以上兩種定義方法是等價的,下面有證明其等價的過程)

證明


阿基米德公理(性質)的證明:(反證法
首先,設有由關聯的兩個正數c與ε,對自然數n,當且僅當時,.
這樣 定義1 當且僅當 定義2 成立時成立。
現在證明定義1:
假設這個性質不成立,即假設有一正數c,不存在於c的自然數。由正性公理可推知:對於任意自然數n,,此時自然數集N有上界,由完備性公理知N有最小上界,記為b.
因為b是自然數集N的最小上界,則不是N的上界,這樣,可以選取一個自然數,因而:
所以自然數大於b.這與b是N的上界的選取相矛盾,故假設不成立。
所以,對任一正數c,有自然數n滿足.

其他解釋


歐幾里得的解釋:
任意給定兩個正實數a、b,必存在正整數n,使。
幾何描述:在長短不同的兩條線段中,無論較長的線段怎樣長,較短的線段怎樣短,總可以在較長的線段上連續截取較短的線段,並且截到某一次以後,必出現下面兩種情況:
1:沒有剩餘;
2:得到一條短於較短線段的剩餘線段。

舉例


例1:
在一條直線上截取任意兩條線段A,B。都符合
這就是“阿基米德公理”有時也叫阿基米德-歐多克斯公理,因為阿基米德把這個命題歸功於歐多克斯。其實,比歐多克斯更早些,我國古代《墨經》上已記載著“窮,或有前不容尺也”,指的正是這個意思。