Infimum und Supremum in teilweise geordneten Mengen
Minimum und Maximum
Unter dem
Minimum min(A) von
A verstehen wir alle
unteren Schranken von
A, die zu
A gehören und dementsprechend ist das
Maximum max(A) die
Menge aller
oberen Schranken von
A, die zu
A gehört. Mittels
Minorante und
Majorante kann man die Definition elegant wie folgt ausdrücken:
min(A):=A∩Mi(A) sowie
max(A):=A∩Ma(A)(1)
Die Sprechweise "das" Minimum/ Maximum ist gerechtfertigt durch
Satz 1602
Existieren
Minimum (
Maximum) einer
Menge A so sind sie eindeutig bestimmt.
Beweis
Seien
x,y∈min(A). Dann gilt
x,y∈A und
x,y∈Mi(A), damit sind
x und
y beide
untere Schranken von
A, also gilt sowohl
x≤y als auch
y≤x. Damit gilt
x=y.
Analog wird der Beweis fürs
Maximum geführt.
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Infimum und Supremum
Das
Infimum inf(A) einer
Menge A ist die größte
untere Schranke von
A und das
Supremum sup(A) ist die kleinste
obere Schranke von
A. Mit
(1) können wir also schreiben:
inf(A)=max(Mi(A))=Mi(A)∩Ma(Mi(A)) sup(A)=min(Ma(A))=Ma(A)∩Mi(Ma(A))
Nach Satz 1602 sind auch Infimum und Supremum eindeutig bestimmt, sofern sie existieren, da sie als Minimum bzw. Maximum von Minoranten- bzw. Majorantenmengen definiert sind.
Eine andere Formulierung der Definition ist gegeben durch
Satz 160V
Sei
s=inf(A), dann gilt
s≤a für alle
a∈A und für alle
t∈Mi(A) (für die also
t≤a für alle
a∈A ist) gilt:
s≥t. Das
Infimum ist also die größte
untere Schranke. Insbesondere gilt: falls
x≤a für alle
a∈A, dann ist auch
x≤inf(A).
Sei
s=sup(A), dann gilt
s≥a für alle
a∈A und für alle
t∈Ma(A) (für die also
t≥a für alle
a∈A ist) gilt:
s≤t. Das
Supremum ist also die kleinste
obere Schranke. Insbesondere gilt: falls
x≥a für alle
a∈A, dann ist auch
x≥sup(A).
Beweis
Man schreibe die Definitionen explizit auf und mache sich klar, was Majorante/
Minorante bedeutet.
□
Es gibt jedoch noch einen anderen Grund für die hohe Wertschätzung der Mathematik; sie allein bietet den Naturwissenschaften ein gewisses Maß an Sicherheit, das ohne Mathematik nicht erreichbar wäre.
Albert Einstein
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