न्यूनतम-उच्चतर-परिबद्ध गुण

गणित में, न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति (कभी-कभी पूर्णता या सर्वोच्च संपत्ति या एल.यू.बी. संपत्ति कहा जाता है) वास्तविक संख्याओं का एक मूलभूत गुण है। अधिक सामान्यतः, आंशिक रूप से ऑर्डर किया गया सेट $X$ यदि प्रत्येक गैर-रिक्त सेट (गणित) में न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति है $X$ ऊपरी सीमा के साथ न्यूनतम ऊपरी सीमा (सर्वोच्च) होती है $X$. प्रत्येक (आंशिक रूप से) ऑर्डर किए गए सेट में न्यूनतम ऊपरी सीमा वाली संपत्ति नहीं होती है। उदाहरण के लिए, सेट $$\mathbb{Q}$$ अपने प्राकृतिक क्रम के साथ सभी तर्कसंगत संख्याओं में न्यूनतम ऊपरी सीमा वाली संपत्ति नहीं होती है।

न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति वास्तविक संख्याओं के लिए वास्तविक संख्याओं की पूर्णता का एक रूप है, और इसे कभी-कभी 'डेडेकाइंड पूर्णता' के रूप में जाना जाता है। इसका उपयोग वास्तविक विश्लेषण के कई मूलभूत परिणामों को साबित करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि मध्यवर्ती मूल्य प्रमेय, बोलजानो-वीयरस्ट्रैस प्रमेय, चरम मूल्य प्रमेय और हेन-बोरेल प्रमेय। इसे आम तौर पर वास्तविक संख्याओं के सिंथेटिक निर्माण में एक सिद्धांत के रूप में लिया जाता है, और यह डेडेकाइंड कट्स का उपयोग करके वास्तविक संख्याओं के निर्माण से भी गहराई से संबंधित है।

ऑर्डर सिद्धांत में, इस संपत्ति को किसी भी आंशिक रूप से ऑर्डर किए गए सेट के लिए पूर्णता (ऑर्डर सिद्धांत) की धारणा के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है। एक रैखिक रूप से क्रमित सेट जो सघन क्रम वाला होता है और जिसमें सबसे कम ऊपरी सीमा वाला गुण होता है, उसे रैखिक सातत्य कहा जाता है।

वास्तविक संख्याओं के लिए कथन
होने देना $S$ वास्तविक संख्याओं का एक गैर-रिक्त सेट बनें। न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति बताती है कि वास्तविक संख्याओं का कोई भी गैर-रिक्त सेट जिसकी ऊपरी सीमा है, वास्तविक संख्याओं में कम से कम ऊपरी सीमा होनी चाहिए।
 * एक वास्तविक संख्या $x$ को ऊपरी सीमा कहा जाता है $S$ अगर $x ≥ s$ सभी के लिए $s ∈ S$.
 * एक वास्तविक संख्या $x$ के लिए न्यूनतम ऊपरी सीमा (या सर्वोच्च) है $S$ अगर $x$ के लिए ऊपरी सीमा है $S$ और $x ≤ y$ प्रत्येक ऊपरी सीमा के लिए $y$ का $S$.

आदेशित सेटों का सामान्यीकरण


अधिक आम तौर पर, आंशिक रूप से ऑर्डर किए गए सेट के किसी भी सबसेट के लिए ऊपरी सीमा और न्यूनतम ऊपरी सीमा को परिभाषित किया जा सकता है $X$, "वास्तविक संख्या" को "के तत्व" से प्रतिस्थापित कर दिया गया है $X$"। इस मामले में हम ऐसा कहते हैं $X$ के पास न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति है यदि प्रत्येक गैर-रिक्त उपसमुच्चय $X$ ऊपरी सीमा के साथ न्यूनतम ऊपरी सीमा होती है $X$.

उदाहरण के लिए, सेट $Q$ तर्कसंगत संख्याओं में सामान्य क्रम के तहत न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति नहीं होती है। उदाहरण के लिए, सेट


 * $$ \left\{ x \in \mathbf{Q} : x^2 \le 2 \right\} = \mathbf{Q} \cap \left(-\sqrt{2}, \sqrt{2}\right) $$

में एक ऊपरी सीमा होती है $Q$, लेकिन इसमें कम से कम ऊपरी सीमा नहीं है $Q$ (चूंकि दो का वर्गमूल अपरिमेय संख्या है)। डेडेकाइंड कट्स का उपयोग करके वास्तविक संख्याओं का निर्माण, अपरिमेय संख्याओं को परिमेय के कुछ उपसमुच्चयों की सबसे कम ऊपरी सीमा के रूप में परिभाषित करके इस विफलता का लाभ उठाता है।

तार्किक स्थिति
न्यूनतम-ऊपरी-बाउंड संपत्ति पूर्णता स्वयंसिद्ध के अन्य रूपों के बराबर है, जैसे कॉची अनुक्रमों का अभिसरण या नेस्टेड अंतराल [[प्रमेय]]। संपत्ति की तार्किक स्थिति उपयोग की गई वास्तविक संख्याओं के निर्माण पर निर्भर करती है: वास्तविक संख्याओं के निर्माण में #सिंथेटिक दृष्टिकोण, संपत्ति को आमतौर पर वास्तविक संख्याओं के लिए एक स्वयंसिद्ध के रूप में लिया जाता है (कम से कम ऊपरी सीमा स्वयंसिद्ध देखें); रचनात्मक दृष्टिकोण में, संपत्ति को एक प्रमेय के रूप में सिद्ध किया जाना चाहिए, या तो सीधे निर्माण से या पूर्णता के किसी अन्य रूप के परिणामस्वरूप।

कॉची अनुक्रमों का उपयोग करके प्रमाण
इस धारणा का उपयोग करके न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति को साबित करना संभव है कि वास्तविक संख्याओं का प्रत्येक कॉची अनुक्रम अभिसरण करता है। होने देना $S$ वास्तविक संख्याओं का एक अरिक्त समुच्चय बनें। अगर $S$ में बिल्कुल एक तत्व है, तो इसका एकमात्र तत्व न्यूनतम ऊपरी सीमा है। तो विचार करें $S$ एक से अधिक तत्वों के साथ, और मान लीजिए कि $S$ की एक ऊपरी सीमा है $B_{1}$. तब से $S$ शून्य नहीं है और इसमें एक से अधिक तत्व हैं, एक वास्तविक संख्या मौजूद है $A_{1}$ इसके लिए कोई ऊपरी सीमा नहीं है $S$. अनुक्रमों को परिभाषित करें $A_{1}, A_{2}, A_{3}, ...$ और $B_{1}, B_{2}, B_{3}, ...$ पुनरावर्ती रूप से इस प्रकार है: तब $(A_{n} + B_{n}) ⁄ 2$ और $S$ जैसा $A_{n+1} = A_{n}$. इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि दोनों अनुक्रम कॉची हैं और उनकी सीमा समान है $B_{n+1} = (A_{n} + B_{n}) ⁄ 2$, जिसके लिए न्यूनतम ऊपरी सीमा होनी चाहिए $s$.
 * 1) हवामान जाँच लो $S$ के लिए ऊपरी सीमा है $s>(A_{n} + B_{n}) ⁄ 2$.
 * 2) अगर है तो चलो $A_{n+1} = s$ और जाने $B_{n+1} = B_{n}$.
 * 3) अन्यथा कोई तत्व अवश्य होगा $A_{1} ≤ A_{2} ≤ A_{3} ≤ ⋯ ≤ B_{3} ≤ B_{2} ≤ B_{1}$ में $|A_{n} − B_{n}| → 0$ ताकि $n → ∞$. होने देना $L$ और जाने $S$.

अनुप्रयोग
की सबसे कम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति $R$ का उपयोग वास्तविक विश्लेषण में कई मुख्य मूलभूत प्रमेयों को सिद्ध करने के लिए किया जा सकता है।

मध्यवर्ती मूल्य प्रमेय
होने देना $f : [a, b] → R$ एक सतत कार्य हो, और मान लीजिए $f (a) < 0$ और $f (b) > 0$. इस मामले में, मध्यवर्ती मूल्य प्रमेय बताता है कि $f$ अंतराल में किसी फ़ंक्शन का रूट होना चाहिए $[a, b]$. इस प्रमेय को समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

वह है, $S  =  {s ∈ [a, b]  :  f (x) < 0 for all x ≤ s}$ का प्रारंभिक खंड है $S$ जो नकारात्मक मान लेता है $[a, b]$. तब $f$ के लिए ऊपरी सीमा है $b$, और सबसे छोटी ऊपरी सीमा का मूल होना चाहिए $S$.

बोलजानो-वीयरस्ट्रैस प्रमेय
बोल्ज़ानो-वीयरस्ट्रैस प्रमेय के लिए $f$ बताता है कि प्रत्येक अनुक्रम $R$ एक बंद अंतराल में वास्तविक संख्याओं का $x_{n}$ एक अभिसरण अनुवर्ती होना चाहिए। इस प्रमेय को समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

स्पष्ट रूप से, $$a\in S$$, और $[a, b]$ खाली नहीं है। इसके साथ ही, $S  =  {s ∈ [a, b]  :  s ≤ x_{n} for infinitely many n}$ के लिए ऊपरी सीमा है $S$, इसलिए $b$ की न्यूनतम ऊपरी सीमा है $S$. तब $S$ अनुक्रम का एक सीमा बिंदु होना चाहिए $c$, और यह उसका अनुसरण करता है $c$ में एक अनुवर्ती है जो अभिसरण करता है $x_{n}$.

चरम मान प्रमेय
होने देना $x_{n}$ एक सतत कार्य हो और चलो $c$, कहाँ $f : [a, b] → R$ अगर $M = sup f ([a, b])$ की कोई ऊपरी सीमा नहीं है. चरम मूल्य प्रमेय यह बताता है $M = ∞$ परिमित है और $f ([a, b])$ कुछ के लिए $M$. इसे समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

की परिभाषा के अनुसार $f (c) = M$, $c ∈ [a, b]$, और अपनी परिभाषा के अनुसार, $S  =  {s ∈ [a, b]  :  sup f ([s, b]) = M}$ से घिरा है $M$. अगर $a ∈ S$ की सबसे निचली ऊपरी सीमा है $S$, तो यह निरंतरता से अनुसरण करता है कि $b$.

हेन-बोरेल प्रमेय
होने देना $c$ में एक बंद अंतराल हो $S$, और जाने $f (c) = M$ खुले सेटों का एक संग्रह हो जो कवर करें (टोपोलॉजी) $[a, b]$. फिर हेन-बोरेल प्रमेय बताता है कि कुछ परिमित उपसंग्रह $R$ कवर करता है ${U_{α}}$ भी। इस कथन को समुच्चय पर विचार करके सिद्ध किया जा सकता है

सेट $[a, b]$ स्पष्ट रूप से शामिल है ${U_{α}}$, और से घिरा है $[a, b]$ निर्माण द्वारा. न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति से, $S  =  {s ∈ [a, b]  :  [a, s] can be covered by finitely many U_{α}}$ की न्यूनतम ऊपरी सीमा है $S$. इस तरह, $a$ स्वयं कुछ खुले सेट का एक तत्व है $b$, और यह इसके लिए अनुसरण करता है $S$ वह $c ∈ [a, b]$ को बहुत से लोगों द्वारा कवर किया जा सकता है $c$ कुछ के लिए पर्याप्त रूप से छोटा $U_{α}$. इससे यह सिद्ध होता है $c < b$ और $[a, c + δ]$ के लिए कोई ऊपरी सीमा नहीं है $U_{α}$. फलस्वरूप, $δ > 0$.

इतिहास
न्यूनतम-ऊपरी-सीमा वाली संपत्ति के महत्व को सबसे पहले बर्नार्ड बोलजानो ने अपने 1817 के पेपर में प्रमेय का विशुद्ध रूप से विश्लेषणात्मक प्रमाण माना था कि विपरीत परिणाम देने वाले प्रत्येक दो मूल्यों के बीच, समीकरण की कम से कम एक वास्तविक जड़ होती है।

यह भी देखें

 * वास्तविक विश्लेषण विषयों की सूची

संदर्भ