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实数系六大基本定理

实数连续性定理的内容与证明。截图源自《数学分析中的重要定理》杨艳萍著
确界存在定理及其证明
1

确界存在定理:非空有上(下)界的数集,必有上(下)确界。 证法一 (利用构造性方法证明确界存在定理)

2

证法二 (利用单调有界定理证明确界存在定理)

3

证法三 (利用柯西收敛准则证明确界存在定理)

4

证法四 (利用区间套定理证明确界存在定理)

5

证法五 (利用聚点定理证明确界存在定理)

6

证法六 (利用致密性定理证明确界存在定理)

7

证法七 (利用有限覆盖定理证明确界存在定理)

单调有界定理及其证明
1

单调有界定理:递增有上界数列必有极限,递减有下界数列必有极限。 证法一 (利用确界存在定理证明单调有界定理)

2

证法二 (利用柯西收敛准则证明单调有界定理)

3

证法三 (利用区间套定理证明单调有界定理)

4

证法四 (利用聚点定理证明单调有界定理)

5

证法五 (利用致密性定理证明单调有界定理)

6

证法六 (利用有限覆盖定理证明单调有界定理)

柯西收敛准则及其证明
1

证法一 (利用确界存在定理证明柯西收敛准则)

2

证法二 (利用单调有界定理证明柯西收敛准则)

3

证法三 (利用区间套定理证明柯西收敛准则)

4

证法四 (利用聚点定理证明柯西收敛准则)

5

证法五 (利用致密性定理证明柯西收敛准则)

6

证法六 (利用有限覆盖定理证明柯西收敛准则)

区间套定理及其证明
1

证法一 (利用确界存在定理证明区间套定理)

2

证法二 (利用单调有界定理证明区间套定理)

3

证法三 (利用柯西收敛准则证明区间套定理)

4

证法四 (利用聚点定理证明区间套定理)

5

证法五 (利用致密性定理证明区间套定理)

6

证法六 (利用有限覆盖定理证明区间套定理)

聚点定理及其证明
1

证法一 (利用确界存在定理证明聚点定理)

2

证法二 (利用单调有界定理证明聚点定理)

3

证法三 (利用单调有界定理证明聚点定理)

4

证法四 (利用柯西收敛准则证明聚点定理)

5

证法五 (利用区间套定理证明聚点定理)

6

证法六 (利用致密性定理证明聚点定理)

7

证法七 (利用有限覆盖定理证明聚点定理):

致密性定理及其证明
1

证法一 (利用确界存在定理证明致密性定理)

2

证法二 (利用单调有界定理证明致密性定理)

3

证法三 (利用柯西收敛准则证明致密性定理)

4

证法四 (利用区间套定理证明致密性定理)

5

证法五 (利用聚点定理证明致密性定理)

6

证法六 (利用有限覆盖定理证明致密性定理)

有限覆盖定理及其证明
1

证法一 (利用确界存在定理证明有限覆盖定理)

2

证法二 (利用单调有界定理证明有限覆盖定理)

3

证法三 (利用柯西收敛准则证明有限覆盖定理)

4

证法四 (利用闭区间套定理证明有限覆盖定理)

5

证法五 (利用聚点定理证明有限覆盖定理)

6

证法六 (利用致密性定理证明有限覆盖定理)

注意事项
1

确界存在定理、单调有界定理、数列的柯西收敛准则、区间套定理、聚点定理、致密性定理、有限覆盖定理是实数集特有的性质,在有理数集内一般不成立。

2

有限覆盖定理的结论只对闭区间[ a,b ]成立,而对开区间、半开半闭区间 则不一定成立。

3

聚点定理中的无限性显然不能去掉,而去掉有界性,定理也不再成立。

4

定理中的区间必须是闭区间,对于开区间、半开半闭区间列,结论可能不成立。

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