#よく分からない質問になっている可能性を感じつつ…
0 の定義を教えてください。
a+x=a
この式を満たす x を通常は 0 としています。
では、lim[n→+∞]1/n が 0 か判定しようとすると
a+lim[n→+∞]1/n = a ?
両辺から a を引くと
lim[n→+∞]1/n = 0 ?
これでは元に戻ってしまいます。
それに、a と b が等しいかどうかの判定が
a - b = 0 ?
ではないでしょうか。
そこで、0 の定義と、それに従った lim[n→+∞]1/n が 0 かの判定を教えてください。
No.3ベストアンサー
- 回答日時:
0 の定義は、「任意の整数 a について a + x = a が成り立つような整数 x」です。
そのような x が存在することは、「整数」の定義の一部なので、その存在については
「だって、それが無かったら、整数じゃないじゃん」以外の証明はありません。
lim[n→+∞] 1/n が 0 になることに証明を与えるには、lim の定義をきちんと
行うことが必須です。「ドンドン行くとドンドン」式では、証明になりませんから。
数列 a_n の極限 lim[n→∞] a_n が α になるとは、
任意の正数 ε に対して、自然数 M が在って、n > M ならば | a_n - α | < ε
が成立することを言います。
この「極限」の定義に照らして、lim[n→+∞] 1/n = 0 は、
任意の正数 ε に対して、自然数 M が在って、n > M ならば | 1/n | < ε
と言い換えることができます。これは、
任意の正数 ε に対して、自然数 M が在って、1/M < ε
とも同値です。 この三番目の形は、「実数」の定義の一部であるアルキメデスの公理
そのものです。よって、自明。
この証明の中で、上記の 0 の定義は、| 1/n - 0 | = 1/n と計算するときに使いました。
アルキメデスの公理は、有理数の稠密性とほとんど同じですよね。
ところで、加法の単位元の 0 とアルキメデスの公理の 0 が一致するのは、偶然ですか必然ですか?
ありがとうございました。
No.7
- 回答日時:
> アルキメデスの公理が成り立たない数の定義も作れそうですね。
非アルキメデス数系については、下記の参考書をお勧めします。
http://www.amazon.co.jp/%E5%B9%BE%E4%BD%95%E5%AD …
よく知られた概念に、同値だが、表面上全く異なる定義を与えることは、
意義深い考察です。「アルキメデスの公理の 0」なる 0 の定義は、一度
聞いてみたかったですね。残念。
No.6
- 回答日時:
←No.5 補足
> 0 は関係あると思います。
関係があるとは、言えます。しかし、「アルキメデスの公理の 0」という表現に
意味が無いことは変わりありません、アルキメデスの公理は、0 を定義するものでは
ありません。公理を記述する文章に「正の実数」が登場することは、むしろ、
その公理以前に「正の実数」の概念が定義済みでなくてはならないことを示します。
「正の」が既定義であれば、0 は「x も -x も正でないような x」として定義する
ことができ、0 を定義するにあたって、アルキメデスの公理の出番はありません。
> 距離 0 が数の一致を意味しないとしたら、0 の唯一性は無くなりますか?
同語反復であり、無意味です。貴方は、0 が唯一であることを、数の一致と
呼んでいるだけですから。
#質問の内容が分かっていない気がますますしてきました…
a+0=a が 0 の定義であることは、理解しました。
でも、アルキメデスの公理が成り立たない数の定義も作れそうですね。
このまま質問を続けると、さらに訳が分からなくなりそうなので、考え直してみます。
ありがとうございました。
No.5
- 回答日時:
←No.3
> 加法の単位元の 0 とアルキメデスの公理の 0 が一致するのは、偶然ですか必然ですか?
アルキメデスの公理の普通の表現は、
「任意の正の実数 a, b に対して,a n > b が成り立つような自然数 n が存在する。」 です。
式を a/b > 1/n と変形すれば、先に書いた形になります。
…どこにも、0 はでてきません。 何か勘違いをしているのではないですか?
もし、それを、lim[n→∞] 1/n が加法単位元と一致するのは偶然か必然か? という意味で
訊いているのなら… (「アルキメデスの公理」という語の使い方が、おそらく間違っていますが、)
その必然性を示すために書いたのが、No.3 の証明です。
もともと、質問は、
> 0 の定義と、
> それに従った lim[n→+∞]1/n が 0 かの判定を ←コレ!
> 教えてください。
だった筈です。それに対する回答が、
> この証明の中で、上記の 0 の定義は、| 1/n - 0 | = 1/n と計算するときに使いました。
です。
アルキメデスの公理は枝葉末節。こっちのほうが要点だったのですが、気が付かなかったですか?
>アルキメデスの公理の普通の表現は、
>「任意の正の実数 a, b に対して,a n > b が成り立つような自然数 n が存在する。」 です。
正の実数とは、a>0, b>0 であり、n も正でなければなりません。
0 は関係あると思います。
絶対値にも、0 との比較が出てきますね。
これらと 0 の定義との関係を、次のように考えました。
a + 0 = a
前の a と後の a の距離は 0 になります。
これは、距離の最小値が 0 であることも表しています。
b と a の距離は、差の絶対値 |b-a| になります。
つまり、絶対値の最小値も 0 で、絶対値は常に 0 または正です。
アルキメデスの公理は、 0 でない距離と距離の間に成り立つ式です。
ところで、距離 0 が数の一致を意味しないとしたら、0 の唯一性は無くなりますか?
ありがとうございました。
No.4
- 回答日時:
0の定義
整数を自然数から構成的に導入する方法を採用した場合、
自然数の順序対(a,b):a,b∈N
に、
同値関係
(a,b)=(c,d) ⇔ a+d=b+c
加法
(a,b)+(c,d)=(a+c,b+d)
と定義し(乗法の定義は略)、この順序対の同値類(a,b)/=
における、
(a,a)を代表元とする類こそが、整数の0 の定義です。
ここから整数の順序対により有理数を、
有理数の切断、あるいは、有界単調有利数列、あるいは、有理数のコーシー列
などで実数を構成することで、この整数で定義された0が
有理数体や、実数体の加法単位元としての0に自然に同一視されます。
(他に「体の定義を満たす集合があって」から始めて天下り式に
0を定義する方法もあります)
----
極限(lim)の定義
簡単にはNO3さんのとおり
(∀ε>0∃M n>M⇒|1/n-A|<ε )
⇔
lim[n→+∞]1/n=A
が定義ですから、A=0 が確認できます。
厳密な意味での極限 lim[n→+∞]1/n の定義を
知りたいなら、ε-δによる定義をちゃんと勉強してください。
そうすれば、これが0であることは全く議論の余地のないものであること
が確認できます。
limの厳密な定義を理解する前に、
a+lim[n→+∞]1/n=a などと書いてしまうのが、悪く言えば幼稚です。
この+は、どの集合上でどのように定義された演算ですか?
aはおそらく実数でしょうが、 lim[n→+∞]1/nは実数ですか?
両辺からaを引いてもよいのですか?それは証明された定理ですか?
そういったことを一つ一つ確認して欲しいと期待します。
(例えば、自然数a,b,cがあって、a+b=a+cのときb=cであることやa+b=b+aであることを証明できますか?)
そうすることで、数学は厳密な定義のもとに構築されており、
稚拙な直感による「こうなりそう」「こうであって欲しい」
「こうなるはずだ」などというレベルの幼稚な理解から脱却してくれる
ことを期待します。
知りたいのは実数の 0 についてです。
もちろん、実数は自然数からの拡張ですから、自然数の 0 が実数の 0 ですが、その拡張された実数でも、0 は 0 であることを確認したいのです。
有理数の切断<A,A'>で
(1)A'に属する最小の有理数はない
(2)A'に属する最小の有理数がある
に対し
(3)A に属する最大の有理数がある
というパターンはないとされますが、もしそれを許せば、0 が2つあるのかな、などと考えてしまうのです。
#この場合、差は 0 なので同一の実数…ですよね?
>(∀ε>0∃M n>M⇒|1/n-A|<ε )
>⇔
>lim[n→+∞]1/n=A
>が定義ですから、A=0 が確認できます。
では、0/lim[n→+∞]1/n と lim[n→+∞]0/(1/n) が未定義と 0 になるのは何故なのでしょう。
計算すれば、この変形がいけないことは分かるのですが、直感的に理解できないのです。
>数学は厳密な定義のもとに構築されており、
>稚拙な直感による「こうなりそう」「こうであって欲しい」
>「こうなるはずだ」などというレベルの幼稚な理解から脱却してくれる
>ことを期待します。
数学は直感による好奇心で進歩しており、
厳密な定義の繰り返しが原動力ではありません。
#稚拙なままではいけませんが…
ありがとうございました。
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