任意的有界非空实数集都有一个最小上界。
数学 中,最小上界性 (亦称上确界性 ,英语:least-upper bound property, LUB )[ 1] 是实数集 和其他一些有序集的基础属性,与实数的完备性 等价[ 2]
。 集合X 具有最小上界性当且仅当 X 的任意具有上界 的非空子集 有最小上界 (上确界)。
性质概述
实数
令
S
{\displaystyle S}
为实数集 的一个非空子集。
如果实数
x
{\displaystyle x}
大于或等于所有
S
{\displaystyle S}
中的元素,则
x
{\displaystyle x}
称为
S
{\displaystyle S}
的上界 。
如果实数
x
{\displaystyle x}
是
S
{\displaystyle S}
的上界,并且
x
{\displaystyle x}
小于或等于所有
S
{\displaystyle S}
的上界,则
x
{\displaystyle x}
称为
S
{\displaystyle S}
的最小上界 。
最小上界性 的表述为
所有具有上界的非空实数集都有最小上界,且最小上界为实数。
一般序集合
对任意偏序集合
X
{\displaystyle X}
,我们都可以定义
X
{\displaystyle X}
的子集的上界和最小上界,只需把前一段落的“实数”改为“
X
{\displaystyle X}
的元素”即可。
此处最小上界性的表述为
所有具有上界的
X
{\displaystyle X}
的非空子集都有最小上界
x
{\displaystyle x}
,并满足
x
∈
X
{\displaystyle x\in X}
。
有理数集 并没有最小上界性,考虑其子集
{
x
∈
Q
|
x
2
<
2
}
=
Q
∩
(
−
2
,
2
)
{\displaystyle \{x\in \mathbb {Q} |x^{2}<2\}=\mathbb {Q} \cap (-{\sqrt {2}},{\sqrt {2}})}
它有在有理数集中的上界(例如2),但它的最小上界
2
{\displaystyle {\sqrt {2}}}
不在有理数集中。
证明
应用
最小上界性可以用来证明许多实分析 中的主要定理
中间值定理
波尔查诺-魏尔斯特拉斯定理
极值定理
海涅-博雷尔定理
参考文献
^ 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.)