Что такое эпсилон в математике
Перейти к содержимому

Что такое эпсилон в математике

  • автор:

Числа Эпсилона (математика) — Epsilon numbers (mathematics)

В математике эпсилон числа — это набор трансфинитных чисел, определяющим свойством которых является то, что они являются фиксированными точками на экспоненциальной карте . Следовательно, они недостижимы из 0 с помощью конечной серии приложений выбранного экспоненциального отображения и «более слабых» операций, таких как сложение и умножение. Исходные числа эпсилон были введены Георгом Кантором в контексте порядковой арифметики ; это порядковые числа ε, которые удовлетворяют уравнению

в котором ω это наименьший бесконечный порядковый номер.

Наименьший такой порядковый номер — ε0(произносится как эпсилон ноль или эпсилон ноль ), который можно рассматривать как «предел», полученный с помощью трансфинита. рекурсия из последовательности меньших предельных ординалов:

Более крупные порядковые фиксированные точки экспоненциальной карты индексируются порядковыми нижними индексами, в результате в ε 1, ε 2,…, ε ω, ε ω + 1,…, ε ε 0,…, ε ε 1,…, ε ε ε ⋅ ⋅ ⋅,… <\ displaystyle \ varepsilon _ <1 >, \ varepsilon _ <2>, \ ldots, \ varepsilon _ <\ omega>, \ varepsilon _ <\ omega +1>, \ ldots, \ varepsilon _ <\ varepsilon _ <0>>, \ ldots, \ varepsilon _ <\ varepsilon _ <1>>, \ ldots, \ varepsilon _ <\ varepsilon _ <\ varepsilon _ <\ cdot _ <\ cdot _ <\ cdot>>>>>, \ ldots> . Порядковый номер ε 0 по-прежнему счетный, как и любое число эпсилон, индекс которого является счетным (существуют несчетные порядковые числа и несчетные числа эпсилон, индекс которых является несчетным порядковым номером).

Многие большие эпсилон-числа могут быть определены с помощью функции Веблена.

Более общий класс эпсилон-чисел был идентифицирован Джоном Хортоном Конвеем и Дональдом Кнутом в системе сюрреалистических чисел, состоящей из всех сюрреалей, которые являются неподвижными точками базового ω экспоненциального отображения x → ω.

Порядковые числа ε

Стандартное определение порядкового возведения в степень с основанием α:

  • α 0 = 1, <\ displaystyle \ alpha ^ <0>знак равно 1 \,,>
  • α β + 1 = α β ⋅ α, <\ Displaystyle \ альфа ^ <\ бета +1>= \ альфа ^ <\ бета>\ cdot \ alpha \,, >
  • α κ = lim sup λ для limit κ <\ displaystyle \ kappa>.

Из этого определения следует, что для любого фиксированного порядкового номера α>1 отображение β ↦ α β <\ displ aystyle \ beta \ mapsto \ alpha ^ <\ beta>> — это нормальная функция, поэтому она имеет произвольно большие фиксированные точки с помощью fixed- точечная лемма для нормальных функций. Когда α = ω <\ displaystyle \ alpha = \ omega>, эти фиксированные точки являются в точности порядковыми эпсилон-числами. Наименьшее из них, ε₀, является верхней гранью последовательности

0, ω 0 = 1, ω 1 = ω, ω ω, ω ω ω,…, ω ↑↑ k,… <\ displaystyle 0, \ omega ^ <0>= 1, \ omega ^ <1>= \ omega, \ omega ^ <\ omega>, \ omega ^ <\ omega ^ <\ omega>>, \ ldots, \ omega \ uparrow \ uparrow k, \ ldots>

, в котором каждый элемент является изображением своего предшественника при отображении β ↦ ω β <\ displaystyle \ beta \ mapsto \ omega ^ <\ beta>> . (Общий термин дается с использованием обозначения стрелки Кнута вверх ; оператор ↑↑ <\ displaystyle \ uparrow \ uparrow>эквивалентен тетрации.) Так же, как ω определяется как верхняя грань <ω>для натуральных чисел k, наименьшее порядковое эпсилон-число ε₀ может также обозначаться ω ↑↑ ω <\ displaystyle \ omega \ uparrow \ uparrow \ omega>; это обозначение гораздо реже, чем ε₀.

Следующее эпсилон-число после ε 0 <\ displaystyle \ varepsilon _ <0>> равно

, в котором последовательность снова строится путем повторения возведения в степень по основанию ω, но вместо этого начинается с ε 0 + 1 <\ displaystyle \ varepsilon _ <0>+1> из в 0. Обратите внимание

Другая последовательность с тем же супремумом, ε 1 <\ displaystyle \ varepsilon _ <1>> , получается путем начала с 0 и возведения в степень с основанием ε₀ вместо этого:

Эпсилон-число ε α + 1 <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ alpha +1>> , индексируемое любым последующим порядковым номером α + 1 строится аналогично, путем возведения в степень по основанию ω, начиная с ε α + 1 <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ alpha>+1> (или по основанию ε α <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ alpha>> возведение в степень, начиная с 0).

Эпсилон-число с индексом предельный ординал α строится иначе. Число ε α <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ alpha>> — это верхняя грань набора чисел эпсилон <ε β, β . Первое такое число - ε ω <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ omega>> . Независимо от того, является ли индекс α предельным порядковым номером, ε α <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ alpha>> является фиксированной точкой не только возведения в степень по основанию ω, но также и по основе возведения в степень γ для все порядковые числа 1 .

Следующие факты об эпсилон-числах очень просто доказать:

  • Хотя это довольно большое число, ε 0 <\ displaystyle \ varepsilon _ <0>> по-прежнему счетный, являясь счетным объединением счетных порядковых чисел; фактически, ε α <\ displaystyle \ varepsilon _ <\ alpha>> является счетным тогда и только тогда, когда α <\ displaystyle \ alpha>является счетным.
  • Объединение (или супремум) любого непустого набора чисел эпсилон является числом эпсилон; так, например,
    любой несчетныйкардинал является эпсилонным числом.

Представление ε 0 <\ displaystyle \ varepsilon _ <0>> по корневым деревьям

Любое эпсилон-число ε имеет нормальную форму Кантора ε = ω ε <\ displaystyle \ varepsilon = \ omega ^ < \ varepsilon>> , что означает, что нормальная форма Кантора не очень полезна для чисел эпсилон. Однако ординалы меньше ε 0 могут быть с пользой описаны с помощью их нормальных форм Кантора, что приводит к представлению ε 0 как упорядоченного набора всех конечных корневых деревья следующим образом. Любой порядковый номер α имеет нормальную форму Кантора α = ω β 1 + ω β 2 + ⋯ + ω β k <\ displaystyle \ alpha = \ omega ^ <\ beta _ <1>> + \ omega ^ <\ beta _ <2>> + \ cdots + \ omega ^ <\ beta _ >> где k — натуральное число, а β 1,…, β k <\ displaystyle \ beta _ <1>, \ ldots, \ beta _ > — порядковые числа с α>β 1 ≥ ⋯ ≥ β k <\ displaystyle \ alpha>\ beta _ <1>\ geq \ cdots \ geq \ beta _ > , однозначно определяется α <\ displaystyle \ alpha>. ординалы β 1,…, β k <\ displaystyle \ beta _ <1>, \ ldots, \ beta _ > , в свою очередь, имеют аналогичную нормальную форму Кантора. Мы получаем конечное корневое дерево, представляющее α, путем соединения корней деревьев, представляющих β 1,…, β k <\ displaystyle \ beta _ <1>, \ ldots, \ beta _ > с новый корень (это приводит к тому, что th Число 0 представлено одним корнем, а число 1 = ω 0 <\ displaystyle 1 = \ omega ^ <0>> представлено деревом, содержащим корень и один лист.) Порядок на множестве конечных корневых деревьев определяется рекурсивно: сначала мы упорядочиваем поддеревья, соединенные с корнем, в порядке убывания, а затем используем лексикографический порядок для этих упорядоченных последовательностей поддеревьев. Таким образом, множество всех конечных корневых деревьев становится хорошо упорядоченным множеством, которое по порядку изоморфно ε 0.

иерархии Веблена

Неподвижные точки «эпсилон-отображения» Икс ↦ ε Икс <\ Displaystyle x \ mapsto \ varepsilon _ > образуют нормальную функцию, фиксированные точки которой образуют нормальную функцию, чья…; это известно как иерархия Веблена (функции Веблена с базой φ 0 (α) = ω). В обозначениях иерархии Веблена эпсилон-отображение — это φ 1, а его неподвижные точки пронумерованы как φ 2.

. Продолжая в том же духе, можно определить отображения φ α для прогрессивно увеличивающиеся ординалы α (включая, посредством этой разреженной формы трансфинитной рекурсии, предельные ординалы), с постепенно увеличивающимися наименьшими фиксированными точками φ α + 1 (0). Наименьший порядковый номер, недоступный из 0 с помощью этой процедуры — i. е., наименьший порядковый номер α, для которого φ α (0) = α, или, что то же самое, первая фиксированная точка карты α ↦ φ α (0) <\ displaystyle \ alpha \ mapsto \ varphi _ <\ alpha>(0)> — это порядковый номер Фефермана – Шютте Γ0. В теории множеств, где можно доказать существование такого ординала, имеется отображение Γ, в котором перечислены неподвижные точки Γ 0, Γ 1, Γ 2. из α ↦ φ α (0) <\ displaystyle \ alpha \ mapsto \ varphi _ <\ alpha>(0)> ; это все еще числа эпсилон, поскольку они лежат в образе φ β для каждого β ≤ Γ 0, включая карту φ 1, которая перечисляет эпсилон числа.

Сюрреалистические ε-числа

В On Numbers and Games классическое изложение сюрреалистических чисел, Джон Хортон Конвей предоставил ряд примеров концептов, которые имели естественные расширения от ординалов до сюрреалов. Одной из таких функций является ω <\ displaystyle \ omega>-map n ↦ ω n <\ displaystyle n \ mapsto \ omega ^ > ; это отображение естественным образом обобщается, чтобы включить все сюрреалистические числа в его область, что, в свою очередь, обеспечивает естественное обобщение нормальной формы Кантора для сюрреалистических чисел.

Естественно считать любую фиксированную точку этой расширенной карты эпсилон-числом, независимо от того, является ли это строго порядковым числом. Некоторые примеры неординальных эпсилон-чисел:

Существует естественный способ определить ε n <\ displaystyle \ varepsilon _ > для каждого сюрреалистического числа n, и карта сохраняет порядок. Конвей продолжает определять более широкий класс «неприводимых» сюрреалистических чисел, который включает числа эпсилон как особенно интересный подкласс.

Эпсилон

Ε , ε (название: э́псилон, греч. έψιλον ) — 5-я буква греческого алфавита. В системе греческой алфавитной записи чисел имеет числовое значение 5. Происходит от финикийской буквы — hé. От буквы «эпсилон» произошли латинская E и кириллическая Е. Название «эпсилон» (греч. Ε ψιλόν — «е простое») было введено для того, чтобы отличать эту букву от созвучного сочетания αι.

Использование

Заглавная буква эпсилон в основном не используется как символ, поскольку пишется так же, как и заглавная латинская буква E.

В различных дисциплинах при помощи строчной буквы ε обозначаются:

  • в математическом анализе — положительное сколь угодно малое вещественное число; см. примеры в статье Предел последовательности;
  • в алгебре — предельное порядковое число последовательности \omega,\omega^<\omega>,\omega^<\omega^<\omega>>,\dots» width=»» height=»» />.</li>
<li>в теории множеств — отношение принадлежности элемента множеству (такое обозначение является устаревшим, сейчас для той же цели используется символ ∈);</li>
<li>в тензорном исчислении — символ Леви-Чивиты;</li>
<li>в теории автоматов — эпсилон-переход;</li>
<li>в физике — угловое ускорение; коэффициент экстинкции оптического поглощения; проводимость среды; электронный захват; относительное удлинение; диэлектрическая проницаемость среды; энергия активации; ЭДС; ε<sub>0</sub> — универсальная электрическая постоянная.</li>
<li>в астрономии — пятая (как правило) по яркостизвезда в созвездии;</li>
<li>в программировании — точность численного типа данных;</li>
<li>в информатике — пустая строка;</li>
<li>в фонетике — неогубленный гласный переднего ряда средне-нижнего подъёма.</li>
<li>в теории метаболического контроля — эластичность фермента</li>
</ul>
<ul>
<li>Греческие буквы</li>
</ul>
<p> <em>Wikimedia Foundation . 2010 .</em> </p>
<h4>Полезное</h4>
<h4>Смотреть что такое «Эпсилон» в других словарях:</h4>
<p><strong>эпсилон</strong> — сущ., кол во синонимов: 1 • буква (103) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов</p>
<p><strong>эпсилон</strong> — эпсилон, а (название буквы) … Русский орфографический словарь</p>
<p><strong>эпсилон</strong> — Обозначение, обычно приписываемое интерметаллическим, металл металлоид и металл неметалл соединениям, встречающимся в системах железных сплавов, например: Fe3Mo2, FeSi и Fe3P. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика</p><div class='code-block code-block-2' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 02amdy -->
<script src=

Эпсилон (ε) — Epsilon (ε) Эпсилон (ε). Обозначение, обычно приписываемое интерметаллическим, металл металлоид и металл неметалл соединениям, встречающимся в системах железных сплавов, например Fe3Mo2, FeSi и Fe3P. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под … Словарь металлургических терминов

Эпсилон-салон — Эпсилон салон  самиздатский литературный альманах, выпускавшийся в 1985 1989 гг. в Москве Николаем Байтовым и Александром Барашом. Вышло 18 выпусков, каждый по 70 80 страниц, в машинописном исполнении, тиражом 9 экземпляров. По словам… … Википедия

Эпсилон (буква) — Греческий алфавит Α α  альфа Β β  бета … Википедия

Эпсилон Эридана b — Экзопланета Списки экзопланет Эпсилон Эридана b. Представление художника … Википедия

Эпсилон Южной Короны — AB Двойная звезда Наблюдательные данные (Эпоха J2000.0) Тип Затменная переменная Прямое восхождение … Википедия

Эпсилон-энтропия — или ε энтропия термин, введённый А. Н. Колмогоровым для характеристики классов функций. Он определяет меру сложности функции, минимальное количество знаков, необходимое для задания функции с точностью … Википедия

Эпсилон Персея — A/B Звезда Наблюдательные данные (Эпоха J2000,0) Тип BCEP Прямое восхождение … Википедия

Что такое Эпсилон в математическом анализе?

В различных дисциплинах при помощи строчной буквы ε обозначаются: в математическом анализе — положительное сколь угодно малое вещественное число; см. примеры в статье Предел последовательности; в алгебре — предельное порядковое число последовательности

Что показывает эпсилон?

έψιλον, др. -греч. ἒ ψιλόν) — 5-я буква греческого алфавита. В системе греческой алфавитной записи чисел имеет числовое значение 5.

Что значит слово эпсилон?

Эпсилон (Ε, ε) — пятая буква греческого алфавита. Также может означать: Эпсилон — буква латиницы. «Эпсилон» — японская трёхступенчатая твердотопливная ракета-носитель лёгкого класса.

Как обозначается эпсилон?

Ɛ, ε (эпсилон/открытая E) — буква расширенной латиницы, входящая в африканский алфавит и МФА. Обозначает неогублённый гласный переднего ряда средне-нижнего подъёма. В паннигерийском алфавите соответствует букве Е с точкой снизу (Ẹ).

Чему равна эпсилон?

ε0 ≈ 8,85418781762039 · 10−12 м−3·кг−1·с4·А2.

Чему равен эпсилон воздуха?

Статическая проницаемость некоторых диэлектриковСтатическая диэлектрическая проницаемость материалов (таблица)ВеществоХимическая формулаХарактерное значение εrВоздух-1,00058986 ± 0,00000050Углекислый газ1,0009Тефлон (политетрафторэтилен, фторопласт)2,1

Как найти эпсилон в электростатике?

Любая среда уменьшает действие электрического поля. Относительная диэлектрическая проницаемость (ε) — число, показывающее во сколько раз кулоновская сила в вакууме больше такой же силы в данной среде: ε = Fвак/Fср.

Что такое эпсилон в последовательности?

Существуют последовательности, величина членов которых при неограниченном росте их номеров приближается к определенному числу сколь угодно близко. Тогда это число называется пределом последовательности, а сама последовательность называется сходящейся(к этому пределу).

Как написать знак эпсилон в ворде?

ε — Греческая строчная буква эпсилон: U+03B5 epsilon — Таблица символов Юникода

Что такое альфа в математике?

Альфа — это название первой буквы греческого алфавита. Этот символ может использоваться в математике, логике и т. п. 2.

Что такое е0?

(e0) (по старой терминологии — диэлектрич. проницаемость вакуума), физ. постоянная, входящая в ур-ния законов электрич.

Что такое Эпсилон в математическом анализе? Ответы пользователей

. поскольку пишется так же, как и заглавная латинская буква E. В различных дисциплинах при помощи строчной буквы ε обозначаются: в математическом анализе .

Добрый день. уважаемые форумчане ! Здесь я первый раз и, соответственно, создаю первую тему, поэтому прошу вас быть ко мне снисходительными.

@темы: Математический анализ . величина, зависящая от эпсилон . это окрестности: при анализе функций эпсилон — окрестность аргумента, .

Математический анализ – это мой любимый раздел высшей математики, и поэтому . Значение «эпсилон» всегда положительно, и, более того, мы вправе выбрать его .

Именно такое значение имеет эпсилон в математическом анализе. Мы можем гарантировать, что для любой величины d всегда найдется такое n, .

в математическом анализе — положительное сколь угодно малое вещественное число; см. примеры в статье Предел последовательности; в алгебре .

Рассмотрено общее определение окрестности точки на числовой прямой. Определения эпсилон окрестности, левосторонней, правосторонней и .

PS: в анализе неуч, но здесь, я думаю, ничего не напутал. В чём состоял вопрос — как видно, угадал… Можно воспринимать эпсилоны, дельты и .

Greek lunate epsilon symbol on font lines.svg . в математическом анализе — положительное сколь угодно малое вещественное число; .

Что такое Эпсилон в математическом анализе? Видео-ответы

Число e — 2,718. Объяснение математического смысла.

Число е имеет не менее важное значение чем другие общепринятые константы, например число Пи или число Фи. Но по .

Определение предела функции на эпсилон-дельта языке 1

В данном видео представлено определение предела на эпсилон-дельта языке (языке окрестностей). Это видео — русская .

Как найти эпсилон в математике

https://amdy.su/wp-admin/options-general.php?page=ad-inserter.php#tab-8

Добрый день. уважаемые форумчане !
Здесь я первый раз и, соответственно, создаю первую тему, поэтому прошу вас быть ко мне снисходительными.
Ввиду начала изучения теории пределов у меня возникли вопросы.

1. Предел последовательности.
Цитирую:

Число а называется пределом последовательности $<x_n>$» />, если для любого положительного числа <img decoding=найдется такое натуральное число N, что при всех $n > N$выполняется неравенство
$|x_n - a| < varepsilon$

2. Геометрический смысл того же предела последовательности:

Число а называется пределом последовательности $<x_n>$» />, если для любой <img decoding=-окрестности точки а найдётся натуральное число N, что все значения $x_n$, для которых $n > N$, попадут в $varepsilon$-окрестность точки а.

Не могу понять, откуда здесь вообще число эпсилон ? Меня удивляет то, что вплоть до определения предела последовательности числа $varepsilon$не было как такового. Сути эпсилон в данном определении я не понимаю категорически. За что конкретно отвечает переменная $N, n и ε$? Будьте добры, разьясните мне, пожалуйста, смысл эпсилона.

Да, и ещё: «N» — это номер последовательности или число из последовательности ? Аналогично и с «n».

Я просмотрел дальше определение предела функции — это ещё закрученнее, чем я ожидал. Если определение предела функции по Гейне более-менее понятно (при том, что я не понимаю предела последовательности :)), то определение предела функции по Коши или на «языке $varepsilon$$delta$» для меня равносильно китайскому. :(

Заранее благодарен за ответ.

Let $0<varepsilon<1$ be a small number; then we have $$(c+varepsilon)^2=c^2+2varepsilon c+varepsilon^2le c^2+4varepsilon+varepsilon=c^2+5varepsilon$$ since $cle2$ and $varepsilon^2levarepsilon$. Since $c^2<2$, we see that we can choose an $0<varepsilon<1$ such that $c^2+5varepsilon<2$, thus $(c+varepsilon)^2<2$.

We can prove (by Archimedean property) that

Lemma 1. For any positive number $x>0$ there exists
a positive integer $N$ such that $x>1/N>0$.

Now, we want an $varepsilon$ such that $c^2+5varepsilon<2$, i.e., an $varepsilon$ such that $varepsilon<(2-c^2)/5$, which exists by Lemma 1.

In your case, since $0<(2-c^2)/(c+2)$, there is a $N$ such that $1/N<(2-c^2)/(c+2)$. Now, we can define $varepsilon:=1/N$.

The key is, supposing that there is such $varepsilon$, find some relation between $(x+varepsilon)^2$ and $x^2+Kvarepsilon$. Suppose $x^n<y$. There is many relations:

  • First (Binomial formula): $$sum_^nbinomx^varepsilon^k.$$ Then use the expansion to obtain $(x+varepsilon)^nle x^n+x^varepsilon+dotsb<y$.
  • Second: $$(x+varepsilon)^nle x^n+varepsilon((x+1)^n-x^n).$$
    Then you can find $varepsilon$ such that $(x+varepsilon)^n<x$, just take a $varepsilon$ such that $$0<varepsilon<minleft<(x+1)^n-x^n>,1right>,$$
    which surely exists.
  • Third: $$(x+varepsilon)^nle x^n+kvarepsilon$$
    for some $kinBbb R$. Then you obtain $(x+varepsilon)^nle x^n+kvarepsilon<y$, as desired.

All formulae are proved by induction on $m$.

A way to obtain this type of relations is see the behavior when $n$ increase.
For instance, let $x,y>0$ be rational numbers, and let $nge1$ be a integer number. We want to find some relation of the form $(x+varepsilon)^nle x^n+Kvarepsilon$ for some $varepsilon$ between $0$ and $1$.

Note that $varepsilon^nlevarepsilon$ for every $n$. Also, note that $varepsilon$ always exists by Archimedean property.

Using some algebra, we can expand $(x+varepsilon)^n$ when $n=1,2,3,4,5,dots$
$$begin(x+varepsilon)^2&=x^2+2xvarepsilon+varepsilon^2\&le x^2+2xvarepsilon+varepsilon\&=x^2+varepsilon(2x+1)\\(x+varepsilon)^3&=x^3+3x^2varepsilon+3xvarepsilon^2+varepsilon^3\&le x^3+3x^2varepsilon+3xvarepsilon+varepsilon\&=x^3+varepsilon(3x^2+3x+1)\\(x+varepsilon)^4&=x^4+4x^3varepsilon+6x^2varepsilon^2+4xvarepsilon^3+varepsilon^4\&le x^4+4x^3varepsilon+6x^2varepsilon+4xvarepsilon+varepsilon\&=x^4+varepsilon(4x^3+6x^2+4x+1)\&;;vdotsend$$

So we have
$$begin(x+varepsilon)^2&le x^2+varepsilon(2x+1)\(x+varepsilon)^3&le x^3+varepsilon(3x^2+3x+1)\(x+varepsilon)^4&le x^4+varepsilon(4x^3+6x^2+4x+1)\(x+varepsilon)^5&le x^5+varepsilon(5x^4+10x^3+10x^2+5x+1)\(x+varepsilon)^6&le x^6+varepsilon(6x^5+15x^4+20x^3+15x^2+6x+1)\&;;vdotsend$$

Now, suppose that $xle1$; so $x^nle 1$ for every $n$. Thus
$$begin(x+varepsilon)^2&le x^2+3varepsilon\(x+varepsilon)^3&le x^3+7varepsilon\(x+varepsilon)^4&le x^4+15varepsilon\(x+varepsilon)^5&le x^4+31varepsilon\(x+varepsilon)^6&le x^4+63varepsilon\&;;vdots\end$$

Clearly, the relation from this is $$(x+varepsilon)^nle x^n+(2^n-1)varepsilon.$$ (We can prove this by induction.)

Similarly, suppose $x>1$; so $x^nge x$ for every $n$. We can prove the relation $(x+varepsilon)^nle x^n+(2^n-1)x^varepsilon.$

But, if we don’t want divide in cases, we can prove the relation $$(x+varepsilon)^nle x^n+n(2^n-1)(1+x)^nvarepsilon.$$
(To see this relation, try to prove the above relations and think how avoid the cases when some $k$ ensures the relation $(x+k)^nge x+k$.)

Тип трансфинитных чисел

В математике эпсилон числа — это набор трансфинитных чисел, определяющим свойством которых является то, что они являются фиксированными точками на экспоненциальной карте . Следовательно, они недостижимы из 0 с помощью конечной серии приложений выбранного экспоненциального отображения и «более слабых» операций, таких как сложение и умножение. Исходные числа эпсилон были введены Георгом Кантором в контексте порядковой арифметики ; это порядковые числа ε, которые удовлетворяют уравнению

в котором ω это наименьший бесконечный порядковый номер.

Наименьший такой порядковый номер — ε0(произносится как эпсилон ноль или эпсилон ноль ), который можно рассматривать как «предел», полученный с помощью трансфинита. рекурсия из последовательности меньших предельных ординалов:

Более крупные порядковые фиксированные точки экспоненциальной карты индексируются порядковыми нижними индексами, в результате в ε 1, ε 2,…, ε ω, ε ω + 1,…, ε ε 0,…, ε ε 1,…, ε ε ε ⋅ ⋅ ⋅,… < displaystyle varepsilon _ <1 >, varepsilon _ <2>, ldots, varepsilon _ < omega>, varepsilon _ < omega +1>, ldots, varepsilon _ < varepsilon _ <0>>, ldots, varepsilon _ < varepsilon _ <1>>, ldots, varepsilon _ < varepsilon _ < varepsilon _ < cdot _ < cdot _ < cdot>>>>>, ldots>. Порядковый номер ε 0 по-прежнему счетный, как и любое число эпсилон, индекс которого является счетным (существуют несчетные порядковые числа и несчетные числа эпсилон, индекс которых является несчетным порядковым номером).

Наименьшее эпсилон-число ε 0 встречается во многих доказательствах индукции, потому что для многих целей трансфинитная индукция требуется только до ε 0 (как в доказательстве непротиворечивости Генцена и доказательстве теоремы Гудстейна ). Его использование Генценом для доказательства непротиворечивости арифметики Пеано, наряду со второй теоремой Гёделя о неполноте, показывает, что арифметика Пеано не может доказать обоснованность этого порядка (на самом деле это наименьший порядковый номер с этим свойством, и как таковой в теории доказательств порядковый анализ используется как мера силы теории арифметики Пеано).

Многие большие эпсилон-числа могут быть определены с помощью функции Веблена.

Более общий класс эпсилон-чисел был идентифицирован Джоном Хортоном Конвеем и Дональдом Кнутом в системе сюрреалистических чисел, состоящей из всех сюрреалей, которые являются неподвижными точками базового ω экспоненциального отображения x → ω.

Hessenberg (1906) ошибка harvtxt: нет цели: CITEREFHessenberg1906 (help ) определил гамма-числа (см. аддитивно неразложимый порядковый номер ) как числа γ>0, такие что α + γ = γ всякий раз, когда α <γ, and delta numbers (see аддитивно неразложимый порядковый номер # Мультипликативно неразложимый ), чтобы быть числами δ>1 такими, что αδ = δ всякий раз, когда 0 <α<δ, and epsilon numbers to be numbers ε>2 такие, что α = ε всякий раз, когда 1 <α<ε. His gamma numbers are those of the form ω, and his delta numbers are those of the form ω.

Содержание

  • 1 Порядковые числа ε
  • 2 Представление ε 0 < displaystyle varepsilon _ <0>>корневыми деревьями
  • 3 иерархия Веблена
  • 4 Сюрреалистические числа ε
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки

Порядковые числа ε

Стандартное определение порядкового возведения в степень с основанием α:

Из этого определения следует, что для любого фиксированного порядкового номера α>1 отображение β ↦ α β < displ aystyle beta mapsto alpha ^ < beta>>— это нормальная функция, поэтому она имеет произвольно большие фиксированные точки с помощью fixed- точечная лемма для нормальных функций. Когда α = ω < displaystyle alpha = omega>, эти фиксированные точки являются в точности порядковыми эпсилон-числами. Наименьшее из них, ε₀, является верхней гранью последовательности

0, ω 0 = 1, ω 1 = ω, ω ω, ω ω ω,…, ω ↑↑ k,… < displaystyle 0, omega ^ <0>= 1, omega ^ <1>= omega, omega ^ < omega>, omega ^ < omega ^ < omega>>, ldots, omega uparrow uparrow k, ldots>

, в котором каждый элемент является изображением своего предшественника при отображении β ↦ ω β < displaystyle beta mapsto omega ^ < beta>>. (Общий термин дается с использованием обозначения стрелки Кнута вверх ; оператор ↑↑ < displaystyle uparrow uparrow>эквивалентен тетрации.) Так же, как ω определяется как верхняя грань <ω>для натуральных чисел k, наименьшее порядковое эпсилон-число ε₀ может также обозначаться ω ↑↑ ω < displaystyle omega uparrow uparrow omega>; это обозначение гораздо реже, чем ε₀.

Следующее эпсилон-число после ε 0 < displaystyle varepsilon _ <0>>равно

, в котором последовательность снова строится путем повторения возведения в степень по основанию ω, но вместо этого начинается с ε 0 + 1 < displaystyle varepsilon _ <0>+1>из в 0. Обратите внимание

Другая последовательность с тем же супремумом, ε 1 < displaystyle varepsilon _ <1>>, получается путем начала с 0 и возведения в степень с основанием ε₀ вместо этого:

Эпсилон-число ε α + 1 < displaystyle varepsilon _ < alpha +1>>, индексируемое любым последующим порядковым номером α + 1 строится аналогично, путем возведения в степень по основанию ω, начиная с ε α + 1 < displaystyle varepsilon _ < alpha>+1>(или по основанию ε α < displaystyle varepsilon _ < alpha>>возведение в степень, начиная с 0).

Эпсилон-число с индексом предельный ординал α строится иначе. Число ε α < displaystyle varepsilon _ < alpha>>— это верхняя грань набора чисел эпсилон <ε β, β < α >,beta <alpha >>. Первое такое число — ε ω < displaystyle varepsilon _ < omega>>. Независимо от того, является ли индекс α предельным порядковым номером, ε α < displaystyle varepsilon _ < alpha>>является фиксированной точкой не только возведения в степень по основанию ω, но также и по основе возведения в степень γ для все порядковые числа 1 < γ < ε α >.

Поскольку эпсилон-числа являются неограниченным подклассом порядковых чисел, они пронумерованы с использованием самих порядковых чисел. Для любого порядкового номера α < displaystyle alpha>, ε α < displaystyle varepsilon _ < alpha>>— наименьшее число эпсилон (фиксированная точка экспоненциальной карты), а не уже в наборе <ε β, β < α >,beta <alpha >>. Может показаться, что это неконструктивный эквивалент конструктивного определения с использованием повторного возведения в степень; но эти два определения одинаково неконструктивны на этапах, индексированных предельными ординалами, которые представляют трансфинитную рекурсию более высокого порядка, чем взятие верхней грани экспоненциального ряда.

Следующие факты об эпсилон-числах очень просто доказать:

  • начальный порядковый номер любой несчетный кардинал является эпсилонным числом.

Представление ε 0 < displaystyle varepsilon _ <0>>по корневым деревьям

Любое эпсилон-число ε имеет нормальную форму Кантора ε = ω ε < displaystyle varepsilon = omega ^ < varepsilon>>, что означает, что нормальная форма Кантора не очень полезна для чисел эпсилон. Однако ординалы меньше ε 0 могут быть с пользой описаны с помощью их нормальных форм Кантора, что приводит к представлению ε 0 как упорядоченного набора всех конечных корневых деревья следующим образом. Любой порядковый номер α < ε 0 >имеет нормальную форму Кантора α = ω β 1 + ω β 2 + ⋯ + ω β k < displaystyle alpha = omega ^ < beta _ <1>> + omega ^ < beta _ <2>> + cdots + omega ^ < beta _ >>где k — натуральное число, а β 1,…, β k < displaystyle beta _ <1>, ldots, beta _ >— порядковые числа с α>β 1 ≥ ⋯ ≥ β k < displaystyle alpha> beta _ <1>geq cdots geq beta _ >, однозначно определяется α < displaystyle alpha>. ординалы β 1,…, β k < displaystyle beta _ <1>, ldots, beta _ >, в свою очередь, имеют аналогичную нормальную форму Кантора. Мы получаем конечное корневое дерево, представляющее α, путем соединения корней деревьев, представляющих β 1,…, β k < displaystyle beta _ <1>, ldots, beta _ >с новый корень (это приводит к тому, что th Число 0 представлено одним корнем, а число 1 = ω 0 < displaystyle 1 = omega ^ <0>>представлено деревом, содержащим корень и один лист.) Порядок на множестве конечных корневых деревьев определяется рекурсивно: сначала мы упорядочиваем поддеревья, соединенные с корнем, в порядке убывания, а затем используем лексикографический порядок для этих упорядоченных последовательностей поддеревьев. Таким образом, множество всех конечных корневых деревьев становится хорошо упорядоченным множеством, которое по порядку изоморфно ε 0.

иерархии Веблена

Неподвижные точки «эпсилон-отображения» Икс ↦ ε Икс < Displaystyle x mapsto varepsilon _ >образуют нормальную функцию, фиксированные точки которой образуют нормальную функцию, чья…; это известно как иерархия Веблена (функции Веблена с базой φ 0 (α) = ω). В обозначениях иерархии Веблена эпсилон-отображение — это φ 1, а его неподвижные точки пронумерованы как φ 2.

. Продолжая в том же духе, можно определить отображения φ α для прогрессивно увеличивающиеся ординалы α (включая, посредством этой разреженной формы трансфинитной рекурсии, предельные ординалы), с постепенно увеличивающимися наименьшими фиксированными точками φ α + 1 (0). Наименьший порядковый номер, недоступный из 0 с помощью этой процедуры — i. е., наименьший порядковый номер α, для которого φ α (0) = α, или, что то же самое, первая фиксированная точка карты α ↦ φ α (0) < displaystyle alpha mapsto varphi _ < alpha>(0)>— это порядковый номер Фефермана – Шютте Γ0. В теории множеств, где можно доказать существование такого ординала, имеется отображение Γ, в котором перечислены неподвижные точки Γ 0, Γ 1, Γ 2,… из α ↦ φ α (0) < displaystyle alpha mapsto varphi _ < alpha>(0)>; это все еще числа эпсилон, поскольку они лежат в образе φ β для каждого β ≤ Γ 0, включая карту φ 1, которая перечисляет эпсилон числа.

Сюрреалистические ε-числа

В On Numbers and Games классическое изложение сюрреалистических чисел, Джон Хортон Конвей предоставил ряд примеров концептов, которые имели естественные расширения от ординалов до сюрреалов. Одной из таких функций является ω < displaystyle omega>-map n ↦ ω n < displaystyle n mapsto omega ^ >; это отображение естественным образом обобщается, чтобы включить все сюрреалистические числа в его область, что, в свою очередь, обеспечивает естественное обобщение нормальной формы Кантора для сюрреалистических чисел.

Естественно считать любую фиксированную точку этой расширенной карты эпсилон-числом, независимо от того, является ли это строго порядковым числом. Некоторые примеры неординальных эпсилон-чисел:

Существует естественный способ определить ε n < displaystyle varepsilon _ >для каждого сюрреалистического числа n, и карта сохраняет порядок. Конвей продолжает определять более широкий класс «неприводимых» сюрреалистических чисел, который включает числа эпсилон как особенно интересный подкласс.

См. Также

  • Порядковая арифметика
  • Крупный счетный порядковый номер

Ссылки

  • J.H. Конвей, О числах и играх (1976) Academic Press ISBN 0-12-186350-6
  • Раздел XIV.20 из Серпинский, Вацлав (1965), Кардинальные и порядковые числа (2-е изд.), PWN — Polish Scientific Publishers

Когда
говорят об эпсилонах или о языке эпсилон-дельта, речь идет вовсе не о
секретных кодах Министерства обороны, а о сложном математическом
аппарате, который напрямую связан с понятием предела. Первое определение
понятию предела сформулировал Бернард Больцано (1781–1848), не
получивший, к сожалению, при жизни должного признания. Первым, кто
использовал это понятие на практике, был Огюстен Луи Коши (1789–1857),
однако окончательное строгое определение предела дал Карл Вейерштрасс.
Определение предела на языке эпсилон-дельта является чрезвычайно точным в
той части, которая касается делимости на бесконечное множество частей.
Хотя это определение очень сложно понять тому, кто не владеет некоторыми
математическими знаниями, оно тем не менее долгое время использовалось в
учебниках для средней школы. Мы не хотим сказать, что старшеклассники
недостаточно умны, чтобы понять его, но не стоит ожидать, что все поймут
его с одинаковой легкостью. Во многих учебниках оно приводится мелким
шрифтом, и преподаватели обходят его молчанием.

Том 18. Открытие без границ. Бесконечность в математике - _63.jpg

Карл Вейерштрасс на литографии 1895 года. Этот немецкий математик был первым, кто использовал на практике язык эпсилон-дельта.

СПОРЫ ГЕНИЕВ

Переписка,
несомненно, является древнейшей формой общения между учеными. С ее
помощью формулируется и решается множество задач. По сравнению с другими
формами общения письма обладают преимуществом — конфиденциальностью:
они адресуются конкретному человеку или группе людей. В виде переписки
проходили многие научные дискуссии.

Одной
из самых известных стало жаркое противостояние между Ньютоном и
Лейбницем об авторстве математического анализа. Абсолютно независимо
друг от друга они получили аналогичные результаты, однако Ньютон
опубликовал свои работы первым, что дало ему основания обвинить Лейбница
в плагиате. Это привело к ожесточенному и абсурдному спору, не имевшему
аналогов в истории науки.

Попробуем сделать понятие предела более ясным, несколько упростив его.

По
сути оно имеет много общего с понятием накопления. Представим, что
перед входом в помещение образовалась очередь. Можно заметить, что люди
постепенно становятся ближе ко входу и друг к другу. Это совершенно
естественно: изначально, когда в очереди немного людей, они стараются
сохранять комфортное расстояние между собой, но по мере того как число
людей растет, расстояние между ними уменьшается. Интересно, что мы
говорим о двух разных расстояниях, которые, однако, тесно связаны между
собой: о расстоянии между началом очереди и входом и о расстоянии между
людьми в очереди, которое по мере того как мы приближаемся к концу,
увеличивается. Это логично, так как те, кто становится в очередь,
стараются сохранять комфортное расстояние между собой, но по мере того
как очередь движется вперед, люди чувствуют давление тех, кто находится
позади. Можно сказать, что люди скапливаются у входа.

Можно
определить степень скопления людей с помощью параметра, который будет
описывать, например, изменение расстояния между людьми в очереди по мере
приближения к ее началу. Как правило, этот параметр будет постепенно
уменьшаться.

Том 18. Открытие без границ. Бесконечность в математике - _64.jpg

В
очереди, например у входа в кинотеатр, люди собираются у дверей, где
расстояние между ними будет минимальным. По мере отдаления от входа
расстояние между людьми увеличивается.

Степень
скопления людей можно определить, выбрав в качестве единицы измерения
конкретное расстояние, например 50 см. Если в 50 см от входа находятся
люди, это будет соответствовать определенной степени скопления. В
зависимости от величины этой единицы измерения число людей будет
изменяться. Аналогично можно измерить степень скопления людей, оценив
расстояние между ними.

Здесь
возникает первый интересный вопрос: когда мы видим скопление людей,
логично предположить, что они собрались по какой-то причине, то есть это
скопление возникает вокруг определенного места, где происходит что-то
важное. Когда мы видим на дороге скопление муравьев, то сразу же
понимаем, что где-то поблизости находится еда или вход в муравейник. Еще
один пример — скопление машин на автомагистрали, которое служит
признаком того, что поблизости находится пункт оплаты проезда или
произошла авария. Эти примеры помогут нам понять одно из самых
интересных открытий в истории математики. Оно касается существования
определенных чисел, которые в течение веков скрывались в мире бесконечно
малых.

В
предыдущих примерах речь шла о дискретных множествах. Рассмотрим
непрерывные величины, так как они допускают возможность бесконечного
деления.

Оставим
скопления людей и автомашин и рассмотрим возможные множества точек на
прямой. Допустим, что дана последовательность точек а1, a2, а3, аn…,
которые обладают одним свойством: соседние члены последовательности
располагаются все ближе и ближе друг к другу. Очевидно, что они
скапливаются вокруг некоторой точки — обозначим ее Р. Допустим, что выбранной нами основной мерой длины является отрезок длиной d. Если мы поместим один конец этого отрезка в точку Р, то увидим, что некоторые точки последовательности окажутся внутри этого отрезка длиной d.

Том 18. Открытие без границ. Бесконечность в математике - _65.jpg

Более того, мы сможем найти точку аn, после которой все точки будут располагаться внутри отрезка d. Если мы уменьшим длину отрезка и сделаем ее равной d’ < d, то все точки, начиная с более удаленной, аm, будут располагаться внутри этого нового отрезка. Именно такое значение имеет эпсилон в математическом анализе.

Мы можем гарантировать, что для любой величины d всегда найдется такое n, начиная с которого все элементы последовательности будут находиться внутри отрезка d. В этом случае говорят, что последовательность сходится в точке Р. Это означает следующее: во-первых, эта последовательность бесконечна, во-вторых, расстояние между точкой Р и произвольным членом последовательности может быть сколь угодно малым.

Когда
мы работаем с дискретными множествами, все изложенное выше практически
неприменимо. Рассмотрим последовательность чисел 100, 50, 25, 12, 6, 3, 1
(можно представить эту последовательность как очередь из семи чисел у
входа, которым, например, является ноль). Очевидно, что разница между
произвольным членом последовательности и нулем постепенно уменьшается,
равно как и разница между двумя соседними членами последовательности.
Например, между 100 и 50 находится 49 чисел, между 6 и 3 — всего два.
Тем не менее нельзя сказать, что члены последовательности скапливаются в
окрестности точки 0. Очевидно, что если мы возьмем отрезок длиной 1/2 и
поместим один из его концов в точку 0, на этом отрезке не будет
находиться ни один член последовательности. А если мы рассмотрим
последовательность

Том 18. Открытие без границ. Бесконечность в математике - _66.jpg

то вблизи нуля всегда будет находиться какой-либо ее член, сколь бы малым ни было расстояние до нуля.

На
языке математики эти расстояния называются окрестностями. Окрестность
подобна скобкам, в которые заключена точка Р. Основная идея заключается в
том, что сколь малыми ни были бы эти скобки (то есть радиус
окрестности), в них всегда будут находиться элементы последовательности.
В языке эпсилон-дельта основную роль играет соотношение между двумя
числами: шириной скобок (радиусом окрестности, который обычно
обозначают ε — эпсилон) и числом n, определяющим элемент аn,
начиная с которого все элементы последовательности будут располагаться
внутри заданной окрестности. На языке математики это звучит так: «Для
любого эпсилон существует n, такое что…»

Именно
так определяется понятие бесконечного деления, очень близкое к понятию
предела. Когда в одном из парадоксов Зенона интервал делится пополам
бесконечное число раз, мы формируем последовательность, подобную
описанной в предыдущем примере. Теперь мы можем воспользоваться строгим
определением перехода к пределу и подтвердить, что последним членом
последовательности будет 0. Это не помогает разрешить парадокс, так как
ситуация, по сути, не изменилась: точки образуют бесконечную
последовательность и скапливаются вблизи нуля, и мы считаем, что
существует последняя точка последовательности, 0, но в действительности 0
не является членом этой последовательности. Это утверждение не является
оправданным, но четко определено на языке математики. Как говорил
Бертран Рассел, «математика может быть определена как доктрина, в
которой мы никогда не знаем ни о чем говорим, ни того, верно ли то, что
мы говорим».

В
действительности Коши в своем определении предела использовал не точки,
которые скапливаются вокруг некоторой данной точки, а точки, которые
скапливаются рядом друг с другом. Иными словами, скопление точек,
которое рассматривал Коши, подобно скоплениям автомобилей на разных
участках дороги, вызванным множеством аварий в разных местах. Ситуация
значительно осложняется тем, что если мы рассматриваем исключительно
рациональные числа, то прямая, на которой они располагаются, не будет
заполнена — на ней останутся промежутки. Например: дана
последовательность точек (теперь мы связываем точки на прямой с
рациональными числами), которые скапливаются все плотнее и плотнее. Эту
ситуацию можно четко определить на языке математики, что сделал Коши.
Однако проблема заключается в том, что эти точки могут скапливаться
вокруг пустого места на прямой, точнее вокруг точки, которой не
соответствует никакое рациональное число.

Так происходит, например, в случае с последовательностью

Том 18. Открытие без границ. Бесконечность в математике - _67.jpg

о
которой мы говорили в главе 2 и которая сходится к числу √2, а оно не
является рациональным. Разумеется, мы можем построить прямоугольный
треугольник, гипотенуза которого будет равна √2, но так мы определим это
число геометрически, а во времена Коши математики пытались дать
определение числам чисто арифметическими или аналитическими методами.
Рациональные числа, по сути, вообще не были определены как числа, пока
Дедекинд и, позднее, Кантор не сформулировали для них точной дефиниции.
Последний сделал не только это, но и устранил промежутки на числовой
прямой, которых в действительности существует бесконечное множество, так
как иррациональных чисел, равно как и рациональных, бесконечно много.

Однако
Кантор заслуживает отдельной главы, ведь он не только заполнил числовую
прямую, устранив эти промежутки, но и первый встретился с
бесконечностью лицом к лицу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *