给出良序原理的一个更简单的证明
通过有限集合最小元的存在性,给出良序原理的一个更简单的证明。 Signed-off-by: 方而静 <szdytom@163.com>
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可数集意味着存在一种方式可以给集合中的所有元素编号,这使得我们可以将集合中的所有元素用无限序列的形式表示出来,并施加归纳法。
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- **命题 8.1.2(良序原理)**:设非空集合 $X\subseteq \mathbb N$。那么恰存在一个元素 $n\in X$,使得对于任意 $m\in X$ 有 $n\leqslant m$。且 $n=\inf(X)$。
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- **命题 8.1.2(良序原理)**:设非空集合 $S\subseteq \mathbb N$。那么恰存在一个元素 $n\in S$,使得对于任意 $m\in S$ 有 $n\leqslant m$,称 $n$ 为集合 $S$ 的最小元,记为 $\min(S)$。
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称 $n$ 为集合 $X$ 的最小元,记为 $\min(X)$。
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**证明**:(同一法)首先证明存在性,由于 $S$ 不为空集,存在一个自然数 $m\in S$。考虑集合 $S':=\left\{x\in S:x\leqslant m\right\}$ 显然为非空有限集,根据 3.6.9,$S'$ 存在最小元,记作 $a$,根据定义有 $a\leqslant m$。对于任意 $x\in S$,若 $x\in S'$,则必有 $a\leqslant x$,若 $a\not\in S'$,则必有 $x\geqslant m\geqslant a$。故 $a$ 为集合 $S$ 的最小元。
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**证明**:唯一性:若 $n,n'$ 都是集合 $X$ 的最小元,那么 $n\leqslant n'$ 和 $n'\leqslant n$ 同时成立,得到 $n=n'$。
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存在性:设 $n=\inf(X)$,只需证明 $n\in X$ 即可。反证,若 $n\not\in X$:
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首先 $X$ 非空且有下界 $0$,故 $n$ 非 $-\infty,+\infty$ 且为非负实数。根据命题 5.4.10,存在唯一的整数 $A$ 满足 $A\leqslant n<A+1$。
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对于任意 $x\in X$,有 $x\geqslant n$,又 $n\not\in X$,于是 $x>n$,那么 $x\geqslant A+1$。于是 $A+1$ 也是 $X$ 的下界,矛盾。
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然后证明唯一性。(反证法)若 $n,n'$ 都是集合 $S$ 的最小元,那么 $n\leqslant n'$ 和 $n'\leqslant n$ 同时成立,得到 $n=n'$。
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- **命题 8.1.3**:设无限集 $X\subseteq \mathbb N$,那么存在唯一一个双射 $f:\mathbb N\to X$,满足对于任意 $n\in\mathbb N$,$f(n)< f(n+1)$。
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