A valós számok halmaza 5. I. rész MATEMATIKAI ANALÍZIS

Hasonló dokumentumok
Analízis előadás és gyakorlat vázlat

A valós számok halmaza

Analízis I. Vizsgatételsor

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

Minden x > 0 és y 0 valós számpárhoz létezik olyan n természetes szám, hogy y nx.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Diszkrét matematika I.

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

2010. október 12. Dr. Vincze Szilvia

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Diszkrét matematika I.

Analízis I. beugró vizsgakérdések

Halmazelmélet. 1. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Halmazelmélet p. 1/1

1. Halmazok, számhalmazok, alapműveletek

3. Fuzzy aritmetika. Gépi intelligencia I. Fodor János NIMGI1MIEM BMF NIK IMRI

Egészrészes feladatok

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

Matematika 8. osztály

A lineáris algebrában központi szerepet betöltı vektortér fogalmát értelmezzük most, s megvizsgáljuk e struktúra legfontosabb egyszerő tulajdonságait.

A fontosabb definíciók

Sorozatok. 5. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Sorozatok p. 1/2

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

352 Nevezetes egyenlôtlenségek. , az átfogó hossza 81 cm

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló MATEMATIKA III. KATEGÓRIA (a speciális tanterv szerint haladó gimnazisták)

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2016/2017-es tanév Kezdők III. kategória I. forduló

Függvény határérték összefoglalás

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

HALMAZOK. A racionális számok halmazát olyan számok alkotják, amelyek felírhatók b. jele:. A racionális számok halmazának végtelen sok eleme van.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Az 1. forduló feladatainak megoldása

Diszkrét matematika 2. estis képzés

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

Függvények határértéke és folytonosság

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

Diszkrét matematika I.

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

JANUS PANNONIUS TUDOMÁNYEGYETEM. Schipp Ferenc ANALÍZIS I. Sorozatok és sorok

FELVÉTELI VIZSGA, július 17.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

BOOLE ALGEBRA Logika: A konjunkció és diszjunkció tulajdonságai

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Valós függvények tulajdonságai és határérték-számítása

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé. (Albert Einstein) Halmazok 1

Intergrált Intenzív Matematika Érettségi

Typotex Kiadó. Bevezetés

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2015/2016-os tanév 1. forduló Haladók III. kategória

MATEMATIKA I. JEGYZET 1. RÉSZ

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) 2. forduló feladatainak megoldása

Elemi matematika szakkör

Függvény fogalma, jelölések 15

XX. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

Komplex számok. (a, b) + (c, d) := (a + c, b + d)

A SZÁMFOGALOM KIALAKÍTÁSA

Gy ur uk aprilis 11.

XXIV. NEMZETKÖZI MAGYAR MATEMATIKAVERSENY Szabadka, április 8-12.

1. fogalom. Add meg az összeadásban szereplő számok elnevezéseit! Milyen tulajdonságai vannak az összeadásnak? Hogyan ellenőrizzük az összeadást?

SZÉLSŐÉRTÉKKEL KAPCSOLATOS TÉTELEK, PÉLDÁK, SZAKDOLGOZAT ELLENPÉLDÁK. TÉMAVEZETŐ: Gémes Margit. Matematika Bsc, tanári szakirány

OSZTHATÓSÁG. Osztók és többszörösök : a 3 többszörösei : a 4 többszörösei Ahol mindkét jel megtalálható a 12 többszöröseit találjuk.

BEVEZETÉS A MAGASABBSZINTŰ MATEMATIKÁBA ÉS ALKALMAZÁSAIBA KÉZI CSABA GÁBOR

1. Mondjon legalább három példát predikátumra. 4. Mikor van egy változó egy kvantor hatáskörében?

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

1. A Hilbert féle axiómarendszer

A Matematika I. előadás részletes tematikája

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

A(a; b) = 2. A(a; b) = a+b. Példák A(37; 49) = x 2x = x = : 2 x = x = x

Programtervező informatikus I. évfolyam Analízis 1

Magasabbfokú egyenletek

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Irodalom. (a) A T, B T, (b) A + B, C + D, D C, (c) 3A, (d) AD, DA, B T A, 1 2 B = 1 C = A = 1 0 D = (a) 1 1 3, B T = = ( ) ; A T = 1 0

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai. 81f l 2 f 2 + l 2

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi második fordulójának feladatmegoldásai. x 2 sin x cos (2x) < 1 x.

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

I. Egyenlet fogalma, algebrai megoldása

1. Algebrai alapok: Melyek műveletek az alábbiak közül?

Diszkrét matematika 1.

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Analízis I. példatár. (kidolgozott megoldásokkal) elektronikus feladatgyűjtemény

x = 1 = ı (imaginárius egység), illetve x 12 = 1 ± 1 4 2

Itt és a továbbiakban a számhalmazokra az alábbi jelöléseket használjuk:

8. Egyenletek, egyenlőtlenségek, egyenletrendszerek II.

Bizonyítási módszerek - megoldások. 1. Igazoljuk, hogy menden természetes szám esetén ha. Megoldás: 9 n n = 9k = 3 3k 3 n.

Átírás:

A valós számok halmaza 5 I rész MATEMATIKAI ANALÍZIS

6 A valós számok halmaza

A valós számok halmaza 7 I A valós számok halmaza A valós számokra vonatkozó axiómák A matematika lépten-nyomon felhasználja a valós számokat A valós számok halmazát -rel (a reális = valós szó kezdőbetűjével) jelöljük és ismertnek tekintjük A valós számok halmazával azonban nem csupán mint halmazzal lesz dolgunk, hiszen elemei között ismét valós számokat eredményező műveleteket értelmezünk, rendezzük őket, stb Elöljáróban felhívjuk a figyelmet arra, hogy a valós számok halmaza a matematika eléggé bonyolult építménye, amely a tudomány sok évszázados fejlődése során jött létre Az igazi felépítése voltaképpen annak az útnak a következetes véghezvitele lenne, amelyet az iskolai tanulmányok során minden diák érint, és amely legalább részben követi a tudomány fejlődéstörténetét Előbb a természetes számok halmazában, intuitív módon értelmezünk két műveletet, az összeadást és a szorzást, valamint nagyságrendi viszonyokat (<, =,>) A természetes számok halmazának elégtelensége azonban hamar kiderült, a két említett művelet megfordítottja (inverze), a kivonás és az osztás nem volt mindig elvégezhető köztük, pedig ezekre már nagyon egyszerű mérések során is szükség mutatkozott A számoknak ezt a viszonylag egyszerű modelljét tehát bővíteni kellett Az egész számok és a racionális számok halmazának a bevezetése, a műveletek és a rendezés kiterjesztése megoldotta ugyan ezt a problémát, de továbbra is lényeges megválaszolatlan kérdések maradtak Vegyük például a távolságmérés feladatát Jelöljünk ki valamely egyenesen (tetszés szerint) két pontot: a 0-t és az -et Ezzel voltaképpen megadtunk egy távolság-mértékegységet és egy haladási (0-tól felé pozitív, fordítva pedig negatív ) irányt: 0 ábra Ha a szakasz osztásánál és összeadásánál úgy járunk el, ahogyan a geometriában szokás, akkor minden racionális számnak nyilvánvalóan megfelel egy szakasz Állapodjunk meg abban, hogy pozitív racionális szám esetében a megfelelő szakasz pozitív, negatív racionális szám esetében pedig negatív irányban mérjük fel a 0 pontból kiindulva, és a szóban forgó racionális számot a szakasz másik végpontjával szemléltetjük Például: 5 4 4 5 3 3 3 3 3 3 3 3 0 ábra y Nyilvánvaló, hogy ilyen módon az egyenesen minden racionális számnak pontosan egy pont felel meg 3 ábra Fordítva a dolog nem áll: az egyenesnek végtelen sok olyan pontja van, amelynek a fent vázolt eljárás során 0 x nem felel meg racionális szám Könnyen belátható, hogy ilyen tulajdonságú az (egység) oldalhosszúságú négyzet átlójának megfelelő pont E négyzet átlójának mérőszáma Pitágorász tétele szerint olyan szám, amelynek a négyzete -vel egyenlő, ilyen pedig, ahogy azt

8 A valós számok halmaza korábbi tanulmányaitok során láthattátok, a racionális számok között nincs Ilyen és hasonló meggondolások tették szükségessé a racionális számok halmazának bővítését és a valós szám fogalmának megalkotását A bővítésben szereplő új számok az irracionális számok Az irracionális és racionális számok halmazának egyesítése adja a valós számok halmazát Ennek igazi felépítése tehát valami olyasfélét jelentene, hogy kiindulunk a természetes számok halmazának ismeretéből és néhány axiómából, majd ezek segítségével értelmeznénk az egész, a racionális és a valós számok halmazát, az említett műveleteket, a rendezést Sajnos, a valós számok fogalmának erre az igazi megalapozására annak hosszadalmas volta miatt nincs lehetőség a középiskolában Kénytelenek vagyunk megelégedni a következő félmegoldással: nem definiáljuk az halmazt, és így természetesen nem adjuk meg a szokásos műveletek és rendezés értelmezését sem, hanem axiómák segítségével pontosan megfogalmazzuk, hogy mi végezhető el, illetve érvényes a valós számok halmazában Nagyjából olyan helyzetben leszünk tehát, mintha lenne egy gépünk, amelynek a konstrukciójával nem lennénk teljesen tisztában, pontosan tudnánk viszont, hogy a gép mire használható, milyen műveletek elvégzésére képes A mindennapi életben sok ilyen géppel van dolgunk, és eredményesen használjuk őket Az összeadás és a szorzás axiómái (a test axiómái) A Minden a, b számhoz (egyértelműen) hozzá van rendelve azok (szintén -beli) a + b összege; A a + b = b + a, ab, (kommutativitás); A3 ( a + b) + c = a + ( b + c), abc,, (asszociativitás); A4 Létezik pontosan egy olyan -beli szám (jelöljük a 0 szimbólummal), hogy minden a esetén a + 0 = a; A5 Minden a -hoz létezik pontosan egy olyan x, amelyre a + x = 0 (x - et az a szám ellentettjének nevezzük és a -val jelöljük) A következő öt axióma hasonlít a felsoroltakhoz, de a szorzásra vonatkozik: M Minden a, b számhoz (egyértelműen) hozzá van rendelve azok (szintén -beli) a b szorzata; M a b = b a, ab, (kommutativitás); M3 ( ab) c = a ( bc), abc,, (asszociativitás); M4 Létezik pontosan egy olyan \{ 0} -beli szám (jelöljük az szimbólummal), hogy minden a -ra a = a ; M5 Minden 0-tól különböző a-hoz létezik egy olyan x, amelyre a x = ( x -et az a szám inverzének vagy reciprokának nevezzük és -val jelöljük) a Az alábbi axióma kapcsolatot teremt a fent értelmezett két művelet között: D ( a + b) c = a c + b c, abc,, (disztributivitás) Megjegyzés Az A,, A5, M,, M5, D axiómákat testaxiómáknak is nevezzük

A valós számok halmaza 9 Rendezési axiómák A következő négy axióma valós számok rendezésére vonatkozik: R Bármely két a, b számra az alábbi relációk közül pontosan egy érvényes: a > b, a = b, b > a (trichotómia); R Ha a > b és b > c, akkor a > c (tranzitivitás); R3 Ha a > b, c, akkor a + c > b + c; R4 Ha a > b és c > 0, akkor ac > bc R5 Bármely két különböző valós szám között van racionális szám (ha ab,, a < b, akkor létezik r úgy, hogy a < r < b) Megjegyzés R5-ből következik, hogy bármely két különböző valós szám között végtelen sok racionális szám van Valóban, ha a, b, a< b és létezik r úgy, hogy a < r < b, akkor létezik r úgy, hogy a < r <, stb r Értelmezések Az a > b relációt szóban így fejezzük ki: a nagyobb b -nél (b kisebb a -nál), az a > b és b < a írásmód ugyanazt jelenti Az a b szimbólum jelentése: az a > b, a = b relációk közül fennáll az egyik Ha a > 0, akkor a -t pozitív, ha a < 0, akkor a -t negatív számnak nevezzük Ha a 0, akkor a -t nemnegatív, ha a 0, akkor a -t nempozitív számnak mondjuk Ha A és A, akkor A -t (valós) számhalmaznak nevezzük Értelmezés a) Ha az A halmaz tartalmaz olyan elemet, amely A egyetlen eleménél sem kisebb, akkor ezt az elemet az A halmaz legnagyobb elemének vagy maximumának nevezzük és max A -val jelöljük b) Ha az A halmaz tartalmaz olyan elemet, amely A egyetlen eleménél sem nagyobb, akkor ezt az elemet az A halmaz legkisebb elemének vagy minimumának nevezzük és min A-val jelöljük Tehát érvényesek a következő ekvivalenciák: M = max A a M, a A; m = min A m a, a A Nem minden halmaznak van legkisebb, illetve legnagyobb eleme Például az (, ) intervallumnak nincs sem legkisebb sem legnagyobb eleme, az [, ) intervallum legkisebb eleme az és nincs legnagyobb eleme, míg az (, ] intervallumnak a a legnagyobb elem és nincs legkisebb eleme 3 A felső határ axiómája Értelmezés Valamely A számhalmazt felülről (alulról) korlátosnak mondunk, ha létezik olyan K () k valós szám, hogy minden x A esetén fennáll az x K ( x k) egyenlőtlenség Ekkor a K () k számot az A számhalmaz egy felső (alsó) korlátjának nevezzük Korlátos számhalmazon alulról is és felülről is korlátos számhalmazt értünk

0 A valós számok halmaza Felülről korlátos számhalmazokra vonatkozik a következő axióma: F Ha A felülről korlátos számhalmaz, akkor létezik olyan H valós szám, hogy minden x A esetén x H ; ha K az A halmaz egy felső korlátja, akkor H K Először is vegyük észre, hogy az F axióma egyértelműen meghatározza a H számot Tegyük fel ugyanis, hogy a H és H számokra igaz az axiómában szereplő és tulajdonság Ekkor szerint mind H, mind pedig H felső korlátja az A számhalmaznak, amiből szerint következik egyrészt a H H, másrészt pedig a H H egyenlőtlenség, vagyis H = H Az F axióma biztosította H számot a felülről korlátos A halmaz legkisebb felső korlátjának, felső határának vagy szuprémumának nevezzük és a következőképpen jelöljük: sup A= H Az F axiómából közvetlenül adódik alulról korlátos számhalmazokra a következő állítás: Ha A alulról korlátos számhalmaz, akkor létezik olyan h valós szám, hogy minden x A esetén x h ; ha k az A halmaz egy alsó korlátja, akkor k h Megjegyezzük, hogy az állításban szereplő h számot az alulról korlátos A halmaz legnagyobb alsó korlátjának, alsó határának vagy infimumának nevezzük és így jelöljük: inf A= h Térjünk rá most állításunk bizonyítására Ennek érdekében legyen { } B = x x A Nyilvánvaló, hogy ha k alsó korlátja az A halmaznak, akkor K = k felső korlátja a B halmaznak és fordítva Mivel A alulról korlátos, ezért B felülről korlátos számhalmaz Legyen H = sup B Ez azt jelenti, hogy minden y B esetén y H, amiből az A és B halmaz közti kapcsolat alapján a h = H jelölés mellett adódik, hogy minden x A esetén k x () Legyen most k az A tetszés szerint választott alsó korlátja Mivel ekkor K = k felső korlátja a B halmaznak, ezért F szerint H K, vagyis K H, ahonnan következik, hogy k h () Az () és a () egyenlőtlenség fennállása azt jelenti, hogy állításunkat igazoltuk Felülről korlátos A számhalmaz esetében F voltaképpen azt mondja ki, hogy a felső korlátok között van legkisebb, a felső határ Más szóval, ez azt jelenti, hogy felülről korlátos számhalmazok esetén létezik olyan szám (a felső határ), amelynél nagyobb nincs a számhalmazban, azonban bármely nála kisebb számnál nagyobb szám már van a számhalmazban Hasonló megállapítások tehetők alulról korlátos számhalmaz és annak alsó határa közti kapcsolatáról Korlátos számhalmaznak természetesen létezik mind alsó, mind felső határa A következő két jellemzés fontos az alkalmazásokban: a) Legyen az A számhalmaz felülről korlátos, és legyen H = sup A A H értelmezéséből következik, hogy H-nál nagyobb szám nincs az A halmazban Tetszés Lásd a X osztályos tankönyvben

A valós számok halmaza szerinti ε > 0 szám esetében viszont a H ε szám nem felső korlátja A-nak, tehát létezik olyan x A elem, amelyre x > H ε b) Az alulról korlátos B számhalmaz esetében nincs B-ben a h = inf B számnál kisebb elem, viszont tetszőleges ε > 0 számhoz létezik olyan y B, amelyre fennáll az y < h +ε egyenlőtlenség Vezessük be a következő jelöléseket: = { x + x 0} { x + x 0} = { x x 0} = { x x < 0}, Az és számhalmazok felülről korlátosak Könnyen belátható, hogy mind a kettőnek 0 a szuprémuma: sup = sup = 0 Az halmaz tartalmazza a szuprémumát, míg az halmaz nem Példák ) Az A = (, ) halmaz alulról korlátos és felülről nem 0 x, x A, tehát a 0 egy alsó korlátja A -nak Az A alsó korlátjainak halmaza a (, ] intervallum, tehát a legnagyobb alsó korlát az Az A halmazban nincs sem legnagyobb, sem legkisebb elem ) A B = [5,00) halmaz alulról is és felülről is korlátos mert 5 x 00, x B Az alsó korlátok halmaza (,5] és a felső korlátok halmaza [ 00, ) Így a B halmaz szuprémuma 00 és infimuma 5, ugyanakkor a halmaz legkisebb eleme 5 és nincs legnagyobb eleme 3) Az halmaz alulról korlátos, felülről nem A halmaz legkisebb eleme a 0, ez egyben az alsó határa is 4 Az Arkhimédész féle axióma Sokszor alkalmazzuk majd a következő, úgynevezett Arkhimédész féle axiómát: A Minden a és b pozitív valós számhoz található olyan n természetes szám, amelyre n a > b Megjegyzés a = esetén következik, hogy bármely b valós számnál van nagyobb n természetes szám Az A és F axiómák következménye, hogy x esetén létezik egyetlen olyan n szám, amelyre teljesülnek az n x < n + egyenlőtlenségek Az így kapott n számot az x valós szám egészrészének nevezzük és [ x ]-szel jelöljük Tehát [ x] x < [ x] +, x A valós szám egészrészének segítségével értelmezhetjük a törtrészét is, mint a szám és az egészrészének különbsége Az x valós szám törtrészét { x} -szel jelöljük és értelmezés alapján: {} x = x [ x], x A fentiekből látható, hogy 0 { x} <, x

A valós számok halmaza Példák ) Az x =, 3 szám egészrésze [, 3] = és a törtrésze {,3} = 0,3 Pozitív számok esetén a tizedes reprezentáció vessző előtti rész a szám egészrésze és a tizedesvessző utáni rész a szám törtrésze ) Az x = 5, 8 szám egészrésze [ 5, 8] = 6, mert 6 5,8 < 5 Így a törtrésze { 5,8} = 5,8+ 6= 0, A következő pontokban az ismertetett axiómák néhány lényeges következményével, nevezetes részhalmazaival és néhány fontos, -rel kapcsolatos fogalommal ismerkedhetünk meg 5 A testaxiómák néhány következménye Műveletek valós számokkal Igaz a következő állítás: bármely a, b, c \ { 0 }, d esetén pontosan egy olyan x létezik, amelyre a + x = b (illetve c x = d ), mégpedig az x = b + ( a) (illetve az x = d ) c A fenti x számot a b és a számok különbségének (a második esetben pedig a d és c d számok hányadosának) nevezzük és b a -val ( -vel) jelöljük c Igazoljuk a különbség egyértelmű létezését Kiindulva az a és b valós számokból, legyen x = b + ( a) Ekkor, felhasználva az A és A5 axiómákat, a+ x = a+ ( b+ ( a) ) = a+ (( a) + b) Most felhasználjuk az A axiómát, és kapjuk, hogy a+ x = ( a+ ( a) ) + b= 0+ b=b Tehát a -hoz x-et hozzáadva tényleg b-t kapunk Tegyük fel, hogy valamely x esetében a + x = b Adjuk hozzá mind az a + x, mind a b számhoz a ( a ) számot: ( a + x) + ( a) = b + ( a) A és A alkalmazásával, a fenti egyenlőségből következik, hogy ( x+ a) + ( a) = b+ ( a), valamint x + ( a + ( a) ) = b + ( a) Rendre alkalmazva az A3, A5 és A4 axiómákat, kapjuk, hogy x + 0 = b + ( a ), x = b + ( a) Tehát valóban csak egy x létezik amelyre a + x = b, ez az x = b + ( a) szám Állításunknak az osztásra vonatkozó része hasonlóan igazolható Megjegyzések Az A,, A5, M,, M5, D axiómákból könnyen levezethetők a valós számokra vonatkozó, ismert és a középiskolában használt összefüggések Az A3 axióma szerint ( a + b) + c = a + ( b + c), a, b, c, vagyis mindegy, hogy hol állnak a tagok csoportosítását kijelző zárójelek Ezért el is hagyhatjuk őket, ha megállapodunk abban, hogy a + b + c = ( a + b) + c = a + ( b + c) () Az () alatti értelmezésből az A és A3 axióma szerint következik, hogy közömbös a bal oldalon szereplő tagok sorrendje is Például b + c + a = a + b + c

A valós számok halmaza 3 Valóban, b + c + a = ( b + c) + a = a + ( b + c) = a + b + c, ahol az axiómákat és az előbbi értelmezést használtuk Eredményünkre úgy is hivatkozhatunk, hogy három tag esetében az összeg független a tagok sorrendjétől Teljesen hasonlóan, az M3 axióma alapján, ab c = ( ab) c = a ( bc), és itt is igaz a megfelelő eredmény, vagyis három tényező esetében a szorzat független a tényezők sorrendjétől Megoldott feladat Határozzuk meg az n n A = halmaz + minimumát, maximumát, infimumát és szuprémumát Mivel 0 <, n, az A halmaz alulról is és felülről is korlátos, tehát n + létezik alsó és felső határa A halmaz legnagyobb eleme, ez tehát egyúttal a szuprémuma is Bizonyítjuk, hogy a halmaz alsó határa a 0 Az értelmezés alapján a következő két állítást kell igazolnunk: 0 <, n - ezt már beláttuk, hogy igaz; n + ε > 0 esetén n úgy, hogy < ε n + Az utóbbi egyenlőtlenség ekvivalens az < n egyenlőtlenséggel, tehát ε n > + De + = és mivel a keresett n szám nem lehet nulla, ε ε ε ezért az n = max, ε értékre biztosan teljesül a kért egyenlőtlenség Így a 0 teljesíti az infimum értelmezésében szereplő feltételeket, tehát inf A = 0 Mivel 0 A, a halmazban nincs legkisebb elem Gyakorlatok Határozd meg a következő halmazok alsó és felső határát, legnagyobb és legkisebb elemét (amikor ezek léteznek): a) A = ; b) A = ; c) A = (,5); d) A = (,0] ; e) A = (7, ); f) A = [000, ); g) A = ( 3,00) ; h) A = [ 8,3) ; i) ( 3,5] { } ; j) A = (,] (3, ) ; k) (,5] (6,03]; l) n = n n A ; m) A= n ; n + n + = x A= x x + 3 x ; n) A { x }; o) { } x 5x + 4 p) A= x > 0 ; r) = { x x > } x + 3 A x

4 A valós számok halmaza Határozd meg a következő számok egészrészét és törtrészét: 7 35 n 3n a) a = ; b) a = ; c) a =, n ; d) a =, n 5 3 n + 3 n + 3 Oldd meg a következő egyenleteket: x + a) = x ; b) x + = ; c) 4 x + 3 x = 3 3x 5 ; d) { x + 3 } = ; e) { x + } = [ x ] Feladatok Bizonyítsd be, hogy ha az alábbi egyenlőségekben szereplő kifejezések léteznek, akkor az egyenlőségek igazak (A, B ): a) inf ( A B) inf A inf B, ahol A+ B = a + b a Ab, B ; + = + { } b) su p( A+ B) = sup A+ sup B ; c) inf ( λ A) λ inf A, ahol λ A= λ a a A és ; = { } λ + d) sup( λ A) = λ sup A, ahol λ + Hasonló egyenlőségek igazak akkor is, ha az infimum és szuprémum helyett minimum illetve maximumot írunk Bizonyítsd be, hogy ha f, g : a, b és az alábbi egyenlőtlenségekben szereplő kifejezések léteznek, akkor az egyenlőtlenségek igazak: a) max ( f ( x) + g( x) ) max f( x) + max g( x) ; x a, b x a, b x a, b b) min ( f ( x) + g( x) ) min f( x) + min g( x) ; x a, b x a, b x a, b c) max ( f ( x) g( x) ) max f( x) max g( x), ha f, g : a, b + x a, b x a, b x a, b Hasonló egyenlőségek igazak akkor is, ha a minimum illetve maximum helyett infimumot és szuprémumot írunk 3 Bizonyítsd be, hogy ha a b, a A és b B esetén (A, B ), akkor sup A inf B 4 Számítsd ki a következő kifejezések egészrészét és törtrészét: 00 nn+ ( ) a) ( + 3) ; b) n + n, n ; c), n 6 5 Számítsd ki a következő összegeket: n a) k + k + ; b) 003 n kk ( + ) k= k= 6 ; c) { ( ) k 3+ } k= 6 Számítsd ki a min { max { x + y + z, y + z + x, z + x + y} } xyz,, kifejezés értékét!