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実数が有理数の場合の加法について(P19)

定理

𝛼=𝑎,𝛽=𝑏が有理数のとき,実数としての和𝛼+𝛽と有理数としての和𝑎+𝑏は一致する:

𝛼+𝛽=𝑎+𝑏.

 実数の加法については定義した.だが,その実数がともに有理数であった場合,和の切断は自然な表し方ができるということを主張している.すなわち,

𝛼+𝛽={𝑟∈ℚ|𝑟<𝑎+𝑏}

とできる.要するに,有理数であれば,𝑎+𝑏で切断したことと同じということ.

 上記は当たり前のようにみえるが,実数の加法の定義では

𝛼+𝛽={𝑠+𝑡|𝑠∈𝐴,𝑡∈𝐵}

(𝛼=⟨𝐴,𝐴′⟩,𝛽=⟨𝐵,𝐵′⟩)なので,𝑟<𝑎+𝑏とは言えないのである.

 𝑎+𝑏を実数として切断で表わすと,𝑅={𝑟∈ℚ|𝑟<𝑎+𝑏}として,𝑎+𝑏=⟨𝑅,𝑅′⟩.

 また,𝛼+𝛽=⟨𝑆,𝑆′⟩,𝑆=𝐴+𝐵={𝑡+𝑢|𝑡∈𝐴,𝑢∈𝐵}とおく.

 𝛼+𝛽=𝑎+𝑏を示すには,𝑆=𝑅を示せばよい.

  1. 𝑅⊂𝑆を示す.

    𝑟∈𝑅とする.𝑟<𝑎+𝑏である.補題1.1より,有理数𝑎,𝑏に対し,𝑟=𝑠+𝑡,𝑠<𝑎,𝑡<𝑏なる有理数𝑠,𝑡が存在する.有理数の切断の条件1.より,𝑠<𝑎,𝑡<𝑏なる有理数𝑠,𝑡は𝑠∈𝐴,𝑡∈𝐵.よって,𝑟=𝑠+𝑡∈𝑆なので,𝑅⊂𝑆.

  2. 𝑆⊂𝑅を示す.

    𝑠∈𝑆,𝑠=𝑡+𝑢,𝑡∈𝐴,𝑢∈𝐵とする.𝑡<𝑎,𝑢<𝑏なので,𝑡+𝑢<𝑎+𝑏.したがって,𝑠∈𝑅.つまり,𝑆⊂𝑅.

 以上より,𝑆=𝑅を示せた.

  • 実数が等しいとはどういうことか.(参考)
  • 実数の和はどのように定義されてるか.

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