陶哲轩实分析 4.2 节习题试解
4.2.1 证明比例数的定义是自反的、对称的以及传递的。
(a) 证明自反性
设
x
是比例数,可表示为
a//b
其中
a
和
b
是整数,
b≠0
。
因为
ab=ab
所以
x=x
(b)证明对称性
设
x
是比例数,可表示为
a//b
其中
a
和
b
是整数,
b≠0
。
y
也是比例数,可表示为
c//d
其中
c
和
d
是整数,
d≠0
。
因为
x=y
所以
ad=bc
所以
bc=ad
所以
y=x
(c)证明传递性
设
x
是比例数,可表示为
a//b
其中
a
和
b
是整数,
b≠0
。
y
也是比例数,可表示为
c//d
其中
c
和
d
是整数,
d≠0
。
z
也是比例数,可表示为
e//f
其中
e
和
f
是整数,
f≠0
。
因为
x=y
,
y=z
所以
ad=bc
,
cf=de
所以
adcf=bcde
所以
af(dc)=be(dc)
这个等式表明,要么
dc=0
要么
af=be
如果
dc=0
又一直 d 不为
0
,所以
c=0
那么
a=0
,
e=0
,蕴含
af=be
所以必然有
af=be
所以
x=z
4.2.2
设
x
是比例数,可表示为
a//b
其中
a
和
b
是整数,
b≠0
。
y
也是比例数,可表示为
c//d
其中
c
和
d
是整数,
d≠0
。
y′
也是比例数,可表示为
c′//d′
其中
c′
和
d′
是整数,
d′≠0
。
(a)若
y=y′
,证明
xy=xy′
因为
y=y′
,所以
cd′=c′d
xy=ac//bd
,
xy′=ac′//bd′
所以
acbd′=abcd′=abc′d=ac′bd
所以
xy=xy′
(b) 若
y=y′
,证明
−y=−y′
−y=(−c)//d
,
−y′=(−c′)//d′
因为
y=y′
,所以
cd′=c′d
所以
(−c)d′=(−c)d′
所以
−y=−y′
4.2.3
设
x
是比例数,可表示为
a//b
其中
a
和
b
是整数,
b≠0
。
y
也是比例数,可表示为
c//d
其中
c
和
d
是整数,
d≠0
。
z
也是比例数,可表示为
e//f
其中
e
和
f
是整数,
f≠0
。
(a) 证明
x+y=y+x
x+y==a//b+c//d(ad+bc)//bd
y+x==c//d+a//b(ad+bc)//bd
所以
x+y=y+x
(b)
(x+y)+z=x+(y+z)
(x+y)+z===(a//b+c//d)+e//f(ad+bc)//bd+e//f(bde+bcf+adf)//bdf
x+(y+z)===a//b+(c//d+e//f)a//b+(de+cf)//df(bde+bcf+adf)//bdf
所以
(x+y)+z=x+(y+z)
(c)
x+0=0+x=x
x+0=a//b+0//1=a//b0+x=0//1+a//b=a//b
所以
x+0=0+x=x
(d)
x+(−x)=(−x)+x=0
x+(−x)====a//b+(−a//b)(ab+(−ab))//bb0//bb0
(e)
xy=yx
xy=a//b×c//d=ac//bd=c//d×a//b=yx
(f)
(xy)z=x(yz)
(xy)z======(a//b×c//d)×e//fac//bd×e//face//bdfa//b×(cd//df)a//b×(c//d×e//f)x(yz)
(g)
x×1=1×x=x
x×1=====a//b×1//1a//bx1//1×a//b1×x
(h)
x(y+z)=xy+xz
x(y+z)=======a//b×(c//d+e//f)a//b×(cf+de)//df(acf+ade)//bdfacf//bdf+ade//bdfac//bd+ae//bfa//b×c//d+a//b×e//fxy+xz
(i)
(y+z)x=yx+zx
(y+z)x=x(y+z)=xy+xz=yx+zx
(j)
xx−1=x−1x=1
x−1=b//axx−1=a//b×b//a=1//1=1
4.2.4
设
x
是比例数,可表示为
a//b
其中
a
和
b
是整数,
b≠0
。
那么由整数的性质可知,
a
要么等于
0
,要么大于
0
,要么小于
0
。
当
a=0
时
x=0
。
当
a>0
时
x>0
。
当
a<0
时
x<0
。
4.2.5
设
a=x−y
。那么
z
要么等于
0
,要么大于
0
,要么小于
0
。
(a)
当
a=0
时
x=y
。
当
a>0
时
x>y
。
当
a<0
时
x<y
。
(b)
y−x=−a
当
a>0
时
x>y
,此时
−a<0
所以
y<x
。
(c)若
x<y,y<z
, 那么
x<z
x−y=a<0
y−z=b<0
那么
x−z=x−y+y−z=a+b<0
所以
x<z
(d) 若
x<y
那么
x+z<y+z
(x+z)−(y+z)=x−y<0
所以
x+z<y+z
(e)
x<y,z>0
那么
xz<yz
y−x=a>0
yz=xz=az>0
所以
xz<yz
4.2.6 如果
x,y,z
是比例数,满足
x<y,z<0
那么有
xz>yz
因为
z<0
所以
(−z)>0
所以
x(−z)−y(−z)<0
所以
yz−xz<0
所以
xz>yz