1. 「公理IIの2条件」の内容が不明なので、これを、以下の「カントール(Cantor)の公理」と解して、若干問題を作り変えてみた。
    0<abとする。2つの数列{an},{an}を次のように定める。
    • (1)  任意の自然数nに対して、anbnを示せ。
    • (2)  閉区間In=[an,bn]とすると、In+1Inを示せ。
    • (3)  を示せ。
    • (4)  {an},{bn}は収束し、であることを示せ。

    カントール(Cantor)の公理
    • 閉区間の無限列Inが、
      I1I2⊇・・・⊇InIn+1⊇・・・
      をみたしていて、かつ、
    • iが無限に大きくなるときIiの幅が0に収束するならば、
    すべてのIiに共通に含まれる実数αが、ただ一つ存在する。
    問(2)は、「カントールの公理」の前半の条件、閉区間の無限列の存在の証明、
    問(3)は、「カントールの公理」の後半の条件、閉区間の幅が0に収束することの証明、
    を、それぞれ要求している。ここから、「カントールの公理」より、
    任意のnに対応する閉区間Inに共通に含まれるただ一つの実数αの存在が導かれ、
    問(4)で、{an},{bn}ともに、そのαに収束することを導く。
    (1)
    n=1,2,3,・・・に対して、anbnを示す。数学的帰納法による。
    1. n=1のとき、abすなわち、a1b1
    2. n=kのとき、akbkと仮定する。

      あきらかに、ak>0,bk>0だから、ak+1bk+1
      n=k+1のときも成立する。
    i,iiより、n=1,2,3,・・・に対して、anbnが示された。
    (2)
    In+1Inすなわち、anan+1bn+1bnを示したい。
    • (1)より、an+1bn+1である。
    • anan+1を示す。
      (1)より、0<anbnだから、
      0<an2anbn
      0<an<√anbn
      0<anan+1示された。
    • bn+1bnを示す。
      (1)より、0<anbnだから、
      0<an+bn<2bn
      0<(an+bn)<bn
      0<bn+1bn示された。
    よって、anan+1bn+1bnすなわち、In+1Inが示された。

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