डेडेकाइंड कट

गणित में, डेडेकिंड कट, जर्मन गणितज्ञ रिचर्ड डेडेकिंड के नाम से जाना जाता है लेकिन इनसे पहले डेडेकिंड कट को जोसेफ बर्ट्रेंड द्वारा जाना जाता था, परिमेय संख्याओं से वास्तविक संख्याओं के निर्माण की एक विधि है। डेडेकाइंड कट परिमेय संख्याओं के दो समुच्चयों A और B में परिमेय संख्याओं का विभाजन है, जैसे कि A के सभी तत्व B के सभी तत्वों से कम हैं, और A में कोई सबसे बड़ा तत्व नहीं है। समुच्चय  B में परिमेय के बीच सबसे छोटा तत्व हो सकता है या नहीं भी हो सकता है। यदि परिमेय में B का सबसे छोटा तत्व है, तो कट उस परिमेय के समान होती है। अन्यथा, वह कट एक अद्वितीय अपरिमेय संख्या को परिभाषित करता है, जो शिथिल रूप से बोलना, A और B के बीच के अंतर को भरता है। दूसरे शब्दों में, A में कट से कम प्रत्येक परिमेय संख्या होती है, और B में कट से अधिक या उसके बराबर प्रत्येक परिमेय संख्या होती है। एक अपरिमेय कट एक अपरिमेय संख्या के बराबर होती है जो न तो समुच्चय में होती है। प्रत्येक वास्तविक संख्या, परिमेय हो या नहीं, परिमेय के एक और केवल एक कट के बराबर होती है।

डेडेकाइंड कट्स को परिमेय संख्याओं से किसी भी पूरी तरह से सुव्यवस्थित किए गए समुच्चय तक सामान्यीकृत किया जा सकता है, डेडेकिंड कट को दो गैर-खाली भागों A और  B में पूरी तरह से ऑर्डर किए गए  समुच्चय के विभाजन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जैसे कि A नीचे की ओर बंद है (जिसका अर्थ है कि सभी A में A, X ≤ A का तात्पर्य है कि X A में भी है) और B ऊपर की तरफ बंद है, और A में कोई सबसे बड़ा तत्व नहीं है। पूर्णता (आदेश सिद्धांत) भी देखें।

यह दिखाना सरल है कि वास्तविक संख्याओं के बीच एक डेडेकाइंड कट को विशिष्ट रूप से परिमेय संख्याओं के बीच संबंधित कट द्वारा परिभाषित किया गया है। इसी तरह, वास्तविक का प्रत्येक कट एक विशिष्ट वास्तविक संख्या (जिसे B समुच्चय के सबसे छोटे तत्व के रूप में पहचाना जा सकता है) द्वारा निर्मित कट के समान है। दूसरे शब्दों में, संख्या रेखा जहां प्रत्येक वास्तविक संख्या को परिमेय के डेडेकिंड कट के रूप में परिभाषित किया जाता है, बिना किसी और अंतराल के एक पूर्ण मीट्रिक स्थान रैखिक सातत्य है।

परिभाषा
डेडेकाइंड कट परिमेय $$\mathbb{Q}$$ का दो उपसमुच्चयों  $$A$$ और $$B$$ में विभाजन है, जैसे कि


 * 1) $$A$$ खाली नहीं है।
 * 2) $$A \neq \mathbb{Q}$$ (समान रूप से, $$B$$ खाली नहीं है)।
 * 3) यदि $$x, y \in \mathbb{Q}$$, $$ x < y $$, तथा $$ y \in A $$, फिर $$ x \in A $$. ($$A$$ नीचे बंद है।)
 * 4) यदि $$ x \in A $$, तो वहाँ एक उपस्थित है $$ y \in A $$ ऐसा है कि $$ y > x $$. ($$A$$ सबसे बड़ा तत्व नहीं है।)

पहली दो आवश्यकताओं को छोड़ कर, हम औपचारिक रूप से विस्तारित वास्तविक संख्या रेखा प्राप्त करते हैं।

प्रतिनिधित्व
डेडेकिंड कट के लिए (ए, बी) संकेत का उपयोग करना अधिक सममित है, लेकिन A और B में से प्रत्येक दूसरे को निर्धारित करता है। यह एक सरलीकरण हो सकता है, संकेत के संदर्भ में, यदि अधिक कुछ नहीं, एक आधे पर ध्यान केंद्रित करने के लिए-कहें, निचला एक-और किसी भी नीचे की ओर बंद समुच्चय A को सबसे बड़े तत्व के बिना डेडेकाइंड कट कहा जाता है।

यदि क्रमित समुच्चय S पूर्ण है, तो, S के प्रत्येक डेडेकिंड कट (A, B) के लिए, समुच्चय B में न्यूनतम अवयव b होना चाहिए,

इसलिए हमारे पास यह होना चाहिए कि A अंतराल (गणित) (−∞, b), और B अंतराल [b, +∞) है।

इस स्थिति में, हम कहते हैं कि b को कट (A, B) द्वारा दर्शाया गया है।

डेडेकाइंड कट का महत्वपूर्ण उद्देश्य उन संख्या समुच्चयों के साथ काम करना है जो पूर्ण नहीं हैं। कट स्वयं संख्याओं के मूल संग्रह में नहीं एक संख्या का प्रतिनिधित्व कर सकता है (अधिकांश परिमेय संख्याएं)। कट एक संख्या b का प्रतिनिधित्व कर सकता है, भली-भाँति दो  समुच्चय A और B में निहित संख्या में वास्तविक में वह संख्या b शामिल नहीं है जो उनका कट दर्शाता है।

उदाहरण के लिए यदि A और B में केवल परिमेय संख्याएँ हैं, तब भी उन्हें A में प्रत्येक ऋणात्मक परिमेय संख्या डालकर, प्रत्येक गैर-ऋणात्मक संख्या जिसका वर्ग 2 से कम है, डालकर √2 पर काटा जा सकता है; इसी तरह B में हर सकारात्मक परिमेय संख्या होगी जिसका वर्ग 2 से अधिक या उसके बराबर है। यद्यपि √2 के लिए कोई परिमेय मान नहीं है, यदि परिमेय संख्याओं को A और B में इस तरह विभाजित किया जाता है, तो विभाजन स्वयं एक अपरिमेय संख्या का प्रतिनिधित्व करता है।

कट का आदेश
एक डेडेकाइंड कट (A, B) के संबंध में एक और डेडेकिंड कट (C, D) (उसी सुपर समुच्चय के) से कम है यदि A C का एक उचित उपसमूह है। समतुल्य रूप से, यदि D, B का एक उचित उपसमुच्चय है, तो कट (A), B) फिर से (C, D ) से कम है। इस तरह, संख्याओं के क्रम का प्रतिनिधित्व करने के लिए समुच्चय समावेशन का उपयोग किया जा सकता है, और अन्य सभी संबंध (इससे अधिक, से कम या बराबर, बराबर, और इसी तरह) समुच्चय संबंधों से समान रूप से बनाए जा सकते हैं।

सभी डेडेकाइंड कट्स का समुच्चय अपने आप में एक रैखिक रूप से सुव्यवस्थित किया गया समुच्चय (समुच्चय का) है। इसके अतिरिक्त, डेडेकाइंड कट्स के समुच्चय में सबसे कम से कम ऊपरी बाध्य गुण होता है, अर्थात्, इसका हर गैर-खाली उपसमुच्चय जिसकी कोई ऊपरी सीमा होती है, उसकी ऊपरी सीमा कम से कम होती है। इस प्रकार, डेडेकाइंड कट्स के समुच्चय का निर्माण मूल ऑर्डर किए गए समुच्चय S को अंत: स्थापित करने के उद्देश्य से कार्य करता है, जिसमें कम से कम-ऊपरी-बाध्य गुण नहीं हो सकती है, (सामान्यतः बड़ा) रैखिक रूप से आदेशित समुच्चय के भीतर यह उपयोगी गुण होती है।

वास्तविक संख्या का निर्माण
विभाजन $$(A,B)$$ के साथ परिमेय संख्याओं $$\Q$$ का एक विशिष्ट डेडेकिंड कट द्वारा दिया गया है


 * $$A = \{ a\in\mathbb{Q} : a^2 < 2 \text{ or } a < 0 \},$$
 * $$B = \{ b\in\mathbb{Q} : b^2 \ge 2 \text{ and } b \ge 0 \}.$$

यह कट डेडेकाइंड की निर्माण में अपरिमेय संख्या √2 को दर्शाता है। आवश्यक विचार यह है कि हम एक समुच्चय $$A$$ का उपयोग करते हैं, जो सभी परिमेय संख्याओं का समुच्चय है, जिनके वर्ग 2 से कम हैं, संख्या √2 का "प्रतिनिधित्व" करने के लिए, और आगे, इन समुच्चयों पर ठीक से अंकगणितीय ऑपरेटरों को परिभाषित करके (जोड़, घटाव, गुणा और भाग), ये समुच्चय (इन अंकगणितीय संक्रियाओं के साथ) परिचित वास्तविक संख्याएँ बनाते हैं।

इसे स्थापित करने के लिए, उसे दिखाना होगा $$A$$ वास्तविक में एक कट है (परिभाषा के अनुसार) और $$A$$ का वर्ग है, वह है $$A \times A$$ (कृपया कट्स के गुणन को कैसे परिभाषित किया जाता है, इसकी सटीक परिभाषा के लिए ऊपर दिए गए लिंक को देखें), है $$2$$ (ध्यान दें कि इस नंबर 2 को सख्ती से बोलते हुए $$\{x\ |\ x \in \mathbb{Q}, x < 2\}$$ कट द्वारा दर्शाया गया है. पहले भाग को दिखाने के लिए, हम दिखाते हैं कि $$x^2 < 2$$ किसी भी सकारात्मक परिमेय $$x$$ के लिए, एक परिमेय है $$y$$ साथ $$x < y$$ तथा $$y^2 < 2$$. विकल्प $$y=\frac{2x+2}{x+2}$$ काम करता है, इस प्रकार $$A$$ वास्तविक में एक कट है। अब कट के बीच गुणन से लैस, यह जांचना आसान है $$A \times A \le 2$$ (अनिवार्य रूप से, यह इसलिए है क्योंकि $$x \times y \le 2, \forall x, y \in A, x, y \ge 0$$). इसलिए दिखाना है $$A \times A = 2$$, हम दिखाते हैं $$A \times A \ge 2$$, और यह किसी के लिए भी दिखाने $$r < 2$$ के लिए पर्याप्त है, वहां उपस्थित $$x \in A$$, $$x^2 > r$$. इसके लिए हम देखते हैं कि यदि $$x > 0, 2-x^2=\epsilon > 0$$, फिर $$2-y^2 \le \frac{\epsilon}{2}$$ के लिए $$y$$  ऊपर निर्मित, इसका अर्थ है कि हमारे पास एक अनुक्रम है $$A$$ जिसका वर्ग क्रमहीनतः $$2$$ से निकट हो सकता है, जो प्रमाण को समाप्त करता है।

ध्यान दें कि समानता $b^{2} = 2$ मान्य नही है क्योंकि √2 परिमेय नहीं है।

अंतराल अंकगणित से संबंध
परिमेय $$(A,B)$$ को विभाजित करके वास्तविक संख्या $$r$$ का प्रतिनिधित्व करने वाला डेडेकिंड कट दिया गया है

जहां $$A$$ में परिमेय $$r$$ से कम हैं और $$B$$ में $$r$$ और परिमेय r से बड़े हैं, इसे समान रूप से $$(a,b)$$ साथ $$a \in A$$ तथा  $$b \in B$$ जोड़े के समुच्चय के रूप में दर्शाया जा सकता है, निचले कट और ऊपरी कट अनुमानों द्वारा दिए जा रहे हैं। यह $$r$$ अनुमानित अंतराल के समुच्चय के बिल्कुल अनुरूप है.

यह अंतराल अंकगणितीय के संदर्भ में वास्तविक संख्याओं पर मूल अंकगणितीय संचालन को परिभाषित करने की अनुमति देता है। यह संपत्ति और वास्तविक संख्या के साथ इसका संबंध केवल के संदर्भ में दिया गया है $$A$$ तथा $$B$$ कमजोर नींवों जैसे रचनात्मक विश्लेषण में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

क्रमहीनतः रैखिक रूप से आदेशित समुच्चय
क्रमहीनतः से क्रमबद्ध समुच्चय X के सामान्य स्थिति में, 'कट' एक जोड़ी $$(A,B)$$ ऐसा है कि $$A \cup B = X $$ तथा $$a \in A$$, $$b \in B$$ अर्थ $$a < b$$  है. कुछ लेखक इस आवश्यकता को जोड़ते हैं कि A और  B  दोनों गैर-खाली हैं।

यदि न तो A का अधिकतम है और न ही B का न्यूनतम, तो कट को 'अंतराल' कहा जाता है। ऑर्डर टोपोलॉजी के साथ संपन्न एक रैखिक रूप से आदेशित समुच्चय सुसम्बद्ध है यदि और केवल अगर इसमें कोई अंतर नहीं है।

अवास्तविक संख्या
डेडेकिंड कट्स के समान एक निर्माण का उपयोग वास्तविक संख्याओं के निर्माण (कई संभव में से एक) के लिए किया जाता है। इस स्थिति में प्रासंगिक धारणा कुएस्ता-दुतारी कट है, जिसका नाम स्पेनिश गणितज्ञ नॉर्बर्टो कुएस्टा दुतारी के नाम पर रखा गया है.

आंशिक रूप से आदेशित समुच्चय
अधिक सामान्यतः, यदि S आंशिक रूप से आदेश दिया गया सबसमुच्चय है, तो S के पूरा होने का अर्थ है L में S के ऑर्डर-अंतः स्थापन के साथ एक पूर्ण जाली L। पूर्ण जाली की धारणा वास्तविक की कम से कम ऊपरी-बाध्य गुण को सामान्यीकृत करती है।

S का एक पूरा होना इसके नीचे की ओर बंद उपसमुच्चय का समुच्चय है, जिसे समावेशन द्वारा क्रमबद्ध किया गया है। एक संबंधित पूर्णता जो S के सभी मौजूदा सुपर और जानकारी को संरक्षित करती है, निम्नलिखित निर्माण द्वारा प्राप्त की जाती है: S के प्रत्येक उपसमुच्चय A के लिए, Au का A की ऊपरी सीमा के समुच्चय को निरूपित करता है, और मान लीजिए Al A की निचली सीमा के समुच्चय को दर्शाता है। (ये ऑपरेटर एक गाल्वा कनेक्शन बनाते हैं।) फिर S के डेडेकिंड-मैकनील समापन में सभी सबसमुच्चय A होते हैं जिसके लिए जिनके लिए  (Au)l = A; इसे सम्मिलित करने का आदेश दिया गया है। डेडेकिंड-मैकनील पूर्णता इसमें अंतः स्थापन S के साथ सबसे छोटी पूर्ण जाली है।

संदर्भ

 * Dedekind, Richard, Essays on the Theory of Numbers, "Continuity and Irrational Numbers," Dover Publications: New York, ISBN 0-486-21010-3. Also available at Project Gutenberg.

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 * अंक शास्त्र
 * एक समुच्चय का विभाजन
 * वास्तविक संख्या का निर्माण
 * रैखिक निरंतरता
 * पूरी तरह से आदेशित समुच्चय
 * पूर्णता (आदेश सिद्धांत)
 * आंशिक रूप से आदेशित समुच्चय