任意的有界非空實數集都有一個最小上界。
數學 中,最小上界性 (亦稱上確界性 ,英語:least-upper bound property, LUB )[ 1] 是實數集 和其他一些有序集的基礎屬性,與實數的完備性 等價[ 2]
。 集合X 具有最小上界性若且唯若 X 的任意具有上界 的非空子集 有最小上界 (上確界)。
性質概述
實數
令
S
{\displaystyle S}
為實數集 的一個非空子集。
如果實數
x
{\displaystyle x}
大於或等於所有
S
{\displaystyle S}
中的元素,則
x
{\displaystyle x}
稱為
S
{\displaystyle S}
的上界 。
如果實數
x
{\displaystyle x}
是
S
{\displaystyle S}
的上界,並且
x
{\displaystyle x}
小於或等於所有
S
{\displaystyle S}
的上界,則
x
{\displaystyle x}
稱為
S
{\displaystyle S}
的最小上界 。
最小上界性 的表述為
所有具有上界的非空實數集都有最小上界,且最小上界為實數。
一般序集合
對任意偏序集合
X
{\displaystyle X}
,我們都可以定義
X
{\displaystyle X}
的子集的上界和最小上界,只需把前一段落的「實數」改為「
X
{\displaystyle X}
的元素」即可。
此處最小上界性的表述為
所有具有上界的
X
{\displaystyle X}
的非空子集都有最小上界
x
{\displaystyle x}
,並滿足
x
∈
X
{\displaystyle x\in X}
。
有理數集 並沒有最小上界性,考慮其子集
{
x
∈
Q
|
x
2
<
2
}
=
Q
∩
(
−
2
,
2
)
{\displaystyle \{x\in \mathbb {Q} |x^{2}<2\}=\mathbb {Q} \cap (-{\sqrt {2}},{\sqrt {2}})}
它有在有理數集中的上界(例如2),但它的最小上界
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}}
不在有理數集中。
證明
應用
最小上界性可以用來證明許多實分析 中的主要定理
中間值定理
波爾查諾-魏爾斯特拉斯定理
極值定理
海涅-博雷爾定理
參考文獻
^ Bartle and Sherbert (2011) define the "completeness property" and say that it is also called the "supremum property". (p. 39)
^ Willard says that an ordered space "X is Dedekind complete if every subset of X having an upper bound has a least upper bound." (pp. 124-5, Problem 17E.)