Majoranten und Minoranten

Sei MM eine teilweise geordnete Menge mit der Ordnung \leq. Für eine nichtleere Teilmenge AMA\subseteq M heißt ein Element sMs\in M obere Schranke von AA, wenn asa\leq s für alle aAa\in A gilt. Analog heißt ss untere Schranke von AA, wenn sas\leq a für alle aAa\in A gilt.
Existieren die obere (untere) Schranke, so heißt die Menge nach oben (unten) beschränkt.
Die Menge aller oberen Schranken von AA heißt Majorante von AA (Bezeichnung: Ma(A)\Ma(A)) und die Menge aller unteren Schranken heißt Minorante von AA und wird mit Mi(A)\Mi(A) bezeichnet.
Es ist also
Ma(A)={xMaxaA}\Ma(A)=\{x\in M\, |\, a\leq x\forall a\in A\}
Mi(A)={xMxaaA}\Mi(A)=\{x\in M\, |\, x\leq a\forall a\in A\}.
 
 

Beispiel

OrdT30.png
Betrachten wir die Zahl 30 und ihre Teiler mit der Ordnung bzgl. der Teilbarkeit als Ordnung, und sei A=A={2; 5}. Dann ist Mi(A)=\Mi(A)={1} und Ma(A)=\Ma(A)={10; 30}.

Satz 1601 (Eigenschaften von Minorante und Majorante)

Sei MM eine teilweise geordnete Menge mit der Ordnung \leq. Für nichtleere Teilmengen A,BMA,B\subseteq M gilt dann:
  1. AMa(Mi(A))A\subseteq \Ma(\Mi(A)) und AMi(Ma(A))A\subseteq \Mi(\Ma(A))
  2. AB    A\subseteq B\implies Ma(B)Ma(A)\Ma(B)\subseteq \Ma(A) und Mi(B)Mi(A)\Mi(B)\subseteq \Mi(A)
  3. Mi(Ma(Mi(A)))=Mi(A)\Mi(\Ma(\Mi(A)))=\Mi(A) und Ma(Mi(Ma(A)))=Ma(A)\Ma(\Mi(\Ma(A)))=\Ma(A).
  4. Für a,bMa,b\in M gilt: ab    Mi(a)Mi(b)a\leq b\iff \Mi(a)\subseteq \Mi(b)     Ma(b)Ma(a)\iff \Ma(b)\subseteq \Ma(a)

Beweis

(i) Sei aAa\in A und xMi(A)x\in \Mi(A) beliebig. Dann ist xyx\leq y für alle yAy\in A speziell auch xax\leq a. Da xx beliebig gewählt war, gilt dies für alle xMi(A)x\in \Mi(A) und damit ist aMa(Mi(A))a\in \Ma(\Mi(A)), also AMa(Mi(A))A\subseteq \Ma(\Mi(A)). Analog zeigt man AMi(Ma(A))A\subseteq \Mi(\Ma(A)).
(ii) Sei xMa(B)x\in \Ma(B), dann ist xbx\geq b für alle bBb\in B und wegen ABA\subseteq B auch xax\geq a für alle aAa\in A, also: xMa(A)x\in \Ma(A). Mi(B)Mi(A)\Mi(B)\subseteq \Mi(A) geht analog.
(iii) Ersetzen wir in (i) AA durch Ma(A)\Ma(A), erhalten wir: Ma(A)Ma(Mi(Ma(A)))\Ma(A)\subseteq \Ma(\Mi(\Ma(A))). Nach (i) ist AMi(Ma(A))A\subseteq \Mi(\Ma(A)) und mit (ii) gilt dann Ma(Mi(Ma(A)))Ma(A)\Ma(\Mi(\Ma(A)))\subseteq \Ma(A). Damit haben wir Ma(Mi(Ma(A)))=Ma(A)\Ma(\Mi(\Ma(A)))=\Ma(A).
Mi(Ma(Mi(A)))=Mi(A)\Mi(\Ma(\Mi(A)))=\Mi(A) kann man auf die gleiche Art aus (i) und (ii) herleiten.
(iv) Sei aba\leq b; xMi(a)    xabx\in\Mi(a)\implies x\leq a\leq b, also xMi(b)x\in\Mi(b) und Mi(a)Mi(b)\Mi(a)\subseteq \Mi(b); xMa(b)    baxx\in\Ma(b)\implies b\geq a\geq x, also xMa(a)x\in\Ma(a) und Ma(b)Ma(a)\Ma(b)\subseteq \Ma(a).
Mi(a)Mi(b)\Mi(a)\subseteq \Mi(b)     aMi(b)\implies a\in \Mi(b)     ab\implies a\leq b.
Ma(b)Ma(a)\Ma(b)\subseteq \Ma(a)     bMa(a)\implies b\in \Ma(a)     ba\implies b\geq a.\qed

Seit die Mathematiker über die Relativitätstheorie hergefallen sind, verstehe ich sie selbst nicht mehr.

Albert Einstein

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