阿基米德公理

阿基米德公理,別稱阿基米德性質,由阿基米德提出。

概述

阿基米德
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n>c.
2:對任一正數ε,有自然數n滿足1/n<ε.
(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 ε=1/c 關聯的兩個正數c與ε,對自然數n,若且唯若1/n<ε時,n>c.
這樣 定義1 若且唯若 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,n<=c,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b-1/2不是N的上界,這樣,可以選取一個自然數n>b-1/2,因而:
n+1>(b-1/2)+1>b.
所以自然數n+1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n>c.

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na>b。
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A+A+A+···+A=A·N>B
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。

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