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上界
(數學名詞)
鎖定
- 中文名
- 上界
- 外文名
- upper bound
- 性質1
- 偏序集子集上界不一定存在
- 定 義
- 大於或等於子集中一切元素的元素
- 相 關
- 確界原理
- 學 科
- 數學
- 性質2
- 若存在上界,則未必唯一
上界簡介
上界,是與偏序集有關的一個特殊元素。指偏序集中大於或等於它的子集中一切元素的元素。設<A,R>是偏序集,
,若對所有
都有xRa,則a稱為B在偏序集<A,R>中的上界,簡稱B的上界,記為
。若a是B的上界,對於B的任何上界c,都有 aRc,則a稱為B的上確界(或最小上界),記為
。
[2]
上界實數集R上的定義
考慮一個實數集合M。如果有一個實數s,使得M中任何數都不超過s,那麼就稱s是M的一個上界。
用數學符號表示為:對∀x∈M,都有x≤s,則稱s是M的上界(upper bound)。
上確界定義:設S是R中的一個數集,若數η∈R滿足
(i)對∀x∈S,有η≥x,即η是S的上界;
(ii)對∀a<η,存在x0∈S,使得x0>a,即η是S的最小上界(least upper bound),則稱η為數集S的上確界;
下確界定義:設S是R的一個數集,若數ξ∈R滿足:
(i)對∀x∈S,有ξ≤x,即ξ是S的下界;
由戴德金定理證明非空有上界數集必有上確界,非空有下界數集必有下確界同理。
設S為一非空有上界數集,即
成立。取數集B為S所有上界的集合,A=R/B。則:
①由取法可知
,故
。
,故
,因此
。
②
。
③∵A中任何元素都不是S的上界,∴
。
又∵B中任何元素都是S的上界,∴
。
故必有
。
∴由戴德金定理可知,要麼A中有最大值,要麼B中有最小值。設這個值為η,並且
,
恆成立。
假設η是A中的最大值,即
,那麼,
。
又∵
,∴
。
但,
,與B中任何元素都是S的上界矛盾。
上界舉例
對一個
,它的上界可能不存在,或可能不止一個。例如,令A={1,2,3},R={<a,b>|a整除b}。當B1={2,3}時,B1沒有上界,當B2={1}時,有上界1,2,3,且1是B2的上確界。
對
,若上確界存在,則是惟一的。一個子集B有上界時它未必有上確界,有上確界也不一定在子集B之中,例如,如概述圖中哈塞圖表示的以A={a,b,c,d,e}為基本集的一個偏序集,子集B={b,c,d},以a為上界,a
{b,c,d}。子集{e,f}的上界與上確界都是 f 。子集{c,d,e}無上界,也無上確界。
[2]
非空的完全有序集的每個有限子集都有上界和下界。
例如,5是集合{5,8,42,34,13934}的下界。
另一個例子是對於集合{42},數字42既是上界和下界,所有其他實數都不是該集合的上限或下限。