完成#2更新区间集合记号

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@ -219,7 +219,7 @@ $b=c\to a+b=a+c$ 是显然的,但由于我们还没建立减法和负数的概
同样再对 $m$ 进行归纳即可:
$$\begin{cases}f_n(0)+0=0=f_{n^+}(0)\\f_n(m^+)+(m^+)=(f_n(m)+n)+(m^+)=f_{n^+}(m)+(n^+)=f_{n^+}(m^+)\end{cases}$$
$\begin{cases}f_n(0)+0=0=f_{n^+}(0)\\f_n(m^+)+(m^+)=(f_n(m)+n)+(m^+)=f_{n^+}(m)+(n^+)=f_{n^+}(m^+)\end{cases}$
为了简便,我们现在将 $n\times m$ 简写为 $nm$,并按习惯规定先乘后加。

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@ -68,7 +68,6 @@
$$
x\in A\cup B\iff (x\in A \lor x\in B)
$$
容易证明并运算满足交换律和结合律。容易证明 $A\cup \varnothing=A$。
根据双并公理,我们可以定义双元素集:
@ -93,6 +92,7 @@
y\in\{x\in A:P(x)\}\iff (y\in A\land P(y))
$$
分类可以看成关于集合 $A$ 和命题 $P$ 的运算。可以证明 “若 $A=B$,则 $\{x\in A:P(x)\}=\{x\in B:P(x)\}$”,即集合关于分类运算遵从代入公理。
为了方便指明一个数集的连续一段,我们使用记号 $A_{l..r}$ 表示 $\{x\in A:l\leqslant x\leqslant r\}$,特别地,我们记 $A_{l..}:=\{x\in A:l\leqslant x\},A_{..r}:=\{x\in A:x\leqslant r\}$。

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@ -129,7 +129,7 @@
全体实数的集合记作 $\mathbb{R}$。
实数集的定义也不需要公理:先利用幂集公理得到所有有理数序列 $\bigcup_{m\in\mathbb Z}\mathbb{Q}^{\{n\in\mathbb Z:n\geqslant m\}}$,再通过分类公理得到所有柯西序列构成的集合,再像定义整数集那样,定义所有柯西序列定价类(一个实数是一个柯西序列等价类)构成的集合,即为实数集。
实数集的定义也不需要公理:先利用幂集公理得到所有有理数序列 $\bigcup_{m\in\mathbb Z}\mathbb{Q}^{\mathbb Z_{m..}}$,再通过分类公理得到所有柯西序列构成的集合,再像定义整数集那样,定义所有柯西序列定价类(一个实数是一个柯西序列等价类)构成的集合,即为实数集。
根据序列等价的基本性质,我们知道实数相等也满足自反性、对称性和传递性。

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@ -28,7 +28,7 @@
接下来我们定义有限集合上的求和。
- **定义 7.1.3(有限集合上的求和)**:设 $X$ 是基数为 $n$ 的集合和函数 $f:X\to\mathbb R$。那么存在 $g:\mathbb Z_1^n\to X$ 是双射。定义有限和 $\sum\limits_{x\in X}f(x):=\sum\limits_{i=1}^nf(g(i))$。
- **定义 7.1.3(有限集合上的求和)**:设 $X$ 是基数为 $n$ 的集合和函数 $f:X\to\mathbb R$。那么存在 $g:\mathbb Z_{1..n}\to X$ 是双射。定义有限和 $\sum\limits_{x\in X}f(x):=\sum\limits_{i=1}^nf(g(i))$。
**证明**:我们需要证明,有限和的结果和 $g$ 的选取是无关的。

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@ -44,7 +44,7 @@
**证明**:设 $Z=Y\setminus X$,则 $X\cup Z=X\cup Y$ 且 $X\cap Z=\varnothing$,且 $Z$ 是至多可数集。
若 $Z$ 为有限集,设其基数为 $n$。根据定义,存在 $f:X\to \mathbb N$ 和 $g:Z\to \mathbb N_0^{n-1}$ 都是双射。定义 $h:X\cup Z\to\mathbb N$ 满足:对于任意 $z\in Z$ 有 $h(z):=g(z)$,对于任意 $x\in X$ 有 $h(x):=n+f(x)$。容易证明 $h$ 定义合法且为双射。
若 $Z$ 为有限集,设其基数为 $n$。根据定义,存在 $f:X\to \mathbb N$ 和 $g:Z\to \mathbb N_{0..n-1}$ 都是双射。定义 $h:X\cup Z\to\mathbb N$ 满足:对于任意 $z\in Z$ 有 $h(z):=g(z)$,对于任意 $x\in X$ 有 $h(x):=n+f(x)$。容易证明 $h$ 定义合法且为双射。
若 $Z$ 为可数集。根据定义,存在 $f:X\to\mathbb N$ 和 $g:Z\to\mathbb N$ 都是双射。定义 $h:X\cup Z\to\mathbb N$ 满足:对于任意 $x\in X$ 有 $h(x):=2f(x)$,对于任意 $z\in Z$ 有 $h(z):=2g(z)+1$。容易证明 $h$ 定义合法且为双射。
@ -70,7 +70,7 @@
**证明**:不妨设 $I$ 是可数集,对于 $I$ 是有限集的情况证明方法类似。
对于任意 $\alpha\in I$:若 $A_{\alpha}$ 为有限集,存在双射 $f_{\alpha}:\mathbb N_{0}^{n_{\alpha}-1}\to A_{\alpha}$;若 $A_{\alpha}$ 为可数集,存在双射 $f_{\alpha}:\mathbb N\to A_{\alpha}$。
对于任意 $\alpha\in I$:若 $A_{\alpha}$ 为有限集,存在双射 $f_{\alpha}:\mathbb N_{0..n_{\alpha}-1}\to A_{\alpha}$;若 $A_{\alpha}$ 为可数集,存在双射 $f_{\alpha}:\mathbb N\to A_{\alpha}$。
根据推论 8.1.11$I\times \mathbb N$ 是可数集。根据推论 8.1.5,那么 $S:=\{(\alpha,i)\in I\times \mathbb N:\text{$A_{\alpha}$为可数集,或$A_{\alpha}$为有限集且$i<n_{\alpha}$}\}$ 为至多可数集考虑定义函数 $h:S\to \bigcup_{\alpha\in I}A_{\alpha}$ 满足 $h(\alpha,i):=f_{\alpha}(i)$,容易验证 $h$ 为满射根据命题 8.1.6那么 $\bigcup_{\alpha\in I}A_{\alpha}=h(S)$ 也为至多可数集
@ -102,14 +102,18 @@
先证:$\sum\limits_{n=0}^{\infty}\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)\leq L$。
考虑证明对于任意 $N,M\geq 0$ 有 $\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)\leq L$,即 $\sum\limits_{p\in\mathbb N_{0}^{N}\times \mathbb N_0^M}f(p)\leq L$。由于 $g^{-1}(\mathbb N_0^N\times \mathbb N_0^M)$ 是有限集,故存在界 $K\geq 0$ 使得 $g^{-1}(\mathbb N_0^N\times \mathbb N_0^M)\subseteq \mathbb N_0^K$。于是:
考虑证明对于任意 $N,M\geq 0$ 有 $\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)\leq L$,即 $\sum\limits_{p\in\mathbb N_{0..N}\times \mathbb N_{0..M}}f(p)\leq L$。由于 $g^{-1}(\mathbb N_{0..N}\times \mathbb N_{0..M})$ 是有限集,故存在界 $K\geq 0$ 使得 $g^{-1}(\mathbb N_{0..N}\times \mathbb N_{0..M})\subseteq \mathbb N_{0..K}$。于是:
$$
\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)=\sum\limits_{p\in \mathbb N_0^N\times \mathbb N_0^M}f(p)=\sum\limits_{k\in g^{-1}(\mathbb N_0^N\times \mathbb N_0^M)}f(g(k))\leq \sum\limits_{k\in \mathbb N_0^K}f(g(k))=\sum\limits_{k=0}^Kf(g(k))\leq L
\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)=\sum\limits_{p\in \mathbb N_{0..N}\times \mathbb N_{0..M}}f(p)=\sum\limits_{k\in g^{-1}(\mathbb N_{0..N}\times \mathbb N_{0..M})}f(g(k))\leq \sum\limits_{k\in \mathbb N_{0..K}}f(g(k))=\sum\limits_{k=0}^Kf(g(k))\leq L
$$
类似地证明出 $\left(\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)\right)_{M=0}^{\infty}$ 有上界 $L$,又由于它单增,所以它收敛。然后:
$$
\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)=\sum\limits_{n=0}^N\lim\limits_{M\to\infty}\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)=\lim\limits_{M\to\infty}\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)\leq L
$$
最后一个等号是引理 7.1.7,最后一个 $\leq$ 是因为 $\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^Mf(n,m)$ 有上界 $L$。
进一步,由于 $\left(\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)\right)_{N=0}^{\infty}$ 单增且具有上界 $L$,于是存在 $\sum\limits^{\infty}_{n=0}\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)=\lim\limits_{N\to\infty}\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)$ 且 $\sum\limits^{\infty}_{n=0}\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)\leq L$。
@ -118,10 +122,12 @@
设 $\varepsilon>0$ 是任意正实数,只需证明存在 $N_0\geq 0$ 使得对于任意 $N\geq N_0$ 有 $\sum\limits_{n=0}^{N}\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)\geq L-\varepsilon$。
存在 $K\geq 0$ 使得 $\sum\limits_{k=0}^Kf(g(k))\geq L-\varepsilon$。可以归纳证明,存在 $N_0,M_0$ 使得 $g(\mathbb N_0^K)\subseteq \mathbb N_0^{N_0}\times \mathbb N_0^{M_0}$。那么对于任意 $N\geq N_0$,有:
存在 $K\geq 0$ 使得 $\sum\limits_{k=0}^Kf(g(k))\geq L-\varepsilon$。可以归纳证明,存在 $N_0,M_0$ 使得 $g(\mathbb N_{0..K})\subseteq \mathbb N_{0..{N_0}}\times \mathbb N_{0..{M_0}}$。那么对于任意 $N\geq N_0$,有:
$$
\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)\geq \sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^{M_0}f(n,m)\geq \sum\limits_{n=0}^{N_0}\sum\limits_{m=0}^{M_0}f(n,m)=\sum\limits_{p\in \mathbb N_0^{N_0}\times \mathbb N_0^{M_0}}f(p)\geq \sum\limits_{p\in g(\mathbb N_0^K)}f(p)=\sum\limits_{k\in\mathbb N_0^K}f(g(k))\geq L-\varepsilon
\sum\limits_{n=0}^N\sum\limits^{\infty}_{m=0}f(n,m)\geq \sum\limits_{n=0}^N\sum\limits_{m=0}^{M_0}f(n,m)\geq \sum\limits_{n=0}^{N_0}\sum\limits_{m=0}^{M_0}f(n,m)=\sum\limits_{p\in \mathbb N_{0..{N_0}}\times \mathbb N_{0..{M_0}}}f(p)\geq \sum\limits_{p\in g(\mathbb N_{0..K})}f(p)=\sum\limits_{k\in\mathbb N_{0..K}}f(g(k))\geq L-\varepsilon
$$
证毕。
第二部分:当 $f(n,m)$ 可以为负时。
@ -163,7 +169,7 @@
定义序列 $(A_n)_{n=1}^{\infty}$ 满足 $A_n:=\{x\in X:|f(x)|\geq \frac1n\}$。那么 $A_n$ 为基数不超过 $Mn$ 的有限集:若 $A_n$ 为有限集且基数大于 $Mn$,那么可以归纳证明 $\sum\limits_{x\in A_n}|f(x)|>Mn\times \frac1n=M$,与 $M$ 的定义矛盾;若 $A_n$ 为无限集,那么可以证明 $A_n$ 存在一个子集满足它是有限集且基数大于 $Mn$(对 $Mn$ 归纳),那么也矛盾。
又可以证明,$\{x\in X:f(x)\neq 0\}=\bigcup_{n\in\mathbb N_{1}^{\infty}}A_n$,再根据命题 8.1.13 即可得证。
又可以证明,$\{x\in X:f(x)\neq 0\}=\bigcup_{n\in\mathbb N_{1..}}A_n$,再根据命题 8.1.13 即可得证。
- **定义 8.2.8**:设集合 $X$ 和函数 $f:X\to\mathbb R$。若级数 $\sum\limits_{x\in X}f(x)$ 是绝对收敛的,则定义其值为 $\sum\limits_{x\in X}f(x):=\sum\limits_{x\in X:f(x)\neq 0}f(x)$。
@ -295,7 +301,7 @@
记 $C:=A\setminus B,D:=B\setminus A$,则 $C\cap D=\varnothing$。设 $n_{\min}=\min(C\cup D)$,不妨设 $n_{\min}\in C$。
则 $\sum\limits_{n\in C}10^{-n}\geq 10^{-n_{\min}}$$\sum\limits_{n\in D}10^{-n}\leq \sum\limits_{n\in \mathbb N_{n_{\min}+1}^{\infty}}10^{-n}=\sum\limits_{n>n_{\min}}^{\infty}10^{-n}=10^{-n_{\min}-1}\frac{1}{1-10^{-1}}<10^{-n_\min}$于是 $\sum\limits_{n\in C}10^{-n}\neq \sum\limits_{n\in D}10^{-n}$。证毕
则 $\sum\limits_{n\in C}10^{-n}\geq 10^{-n_{\min}}$$\sum\limits_{n\in D}10^{-n}\leq \sum\limits_{n\in \mathbb N_{n_{\min}+1..}}10^{-n}=\sum\limits_{n>n_{\min}}^{\infty}10^{-n}=10^{-n_{\min}-1}\frac{1}{1-10^{-1}}<10^{-n_\min}$于是 $\sum\limits_{n\in C}10^{-n}\neq \sum\limits_{n\in D}10^{-n}$。证毕
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