Liczby nadrzeczywiste

Z Wikipedii

Liczby nadrzeczywiste (ang. surreal numbers) są klasą obiektów, spełniającą aksjomaty ciała, która zawiera w sobie zarówno liczby rzeczywiste, hiperrzeczywiste, jak i porządkowe. Tak jak liczby hiperrzeczywiste klasa ta zawiera również wielkości nieskończone oraz nieskończenie małe (infinitezymalne). Klasa liczb nadrzeczywistych oryginalnie została oznaczona^[1] No, jednak ze względu na podobieństwo do oznaczenia liczb naturalnych z zerem $\mathbb{N}_0$ poniżej użyty został symbol $F$ .

Spis treści

1 Aksjomatyka liczb nadrzeczywistych
2 Konstrukcja liczb nadrzeczywistych
3 Niektóre podklasy liczb nadrzeczywistych
4 Ujęcie intuicyjne
5 Zobacz też
6 Przypisy

[edytuj] Aksjomatyka liczb nadrzeczywistych

Trójka $(F,\;<,\; b)$ jest systemem liczb nadrzeczywistych, jeśli:

$<$ jest porządkiem liniowym w $F$
$b$ (tzw. funkcja urodzinowa) jest funkcją określoną w $F$ , o wartościach będących liczbami porządkowymi.
Niech $A$ i $B$ będących podzbiorami $F$ , takimi że $\bigwedge_{x\in A}\bigwedge_{y\in B} x<y$ .

Wówczas istnieje $z\in F$ , takie że:

$\bigwedge_{x\in A}\bigwedge_{y\in B} x<z<y$

i jeśli liczba porządkowa

a

jest większa od każdego

b (u)

dla $u\in A \cup B$ , to $b(z)\le a$ .

Funkcja urodzinowa reprezentuje w pewnym sensie kolejne generacje liczb nadrzeczywistych.

[edytuj] Konstrukcja liczb nadrzeczywistych

Ich konstrukcja oparta jest na uogólnieniu idei przekrojów Dedekinda, zastosowanej przy konstrukcji liczb rzeczywistych.

Klasa liczb nadrzeczywistych wraz z porządkiem liniowym i funkcją urodzinową jest tworzona etapami, metodą indukcji pozaskończonej.

W każdym etapie tworzone liczby nadrzeczywiste są parami zbiorów $(L, R)$ liczb nadrzeczywistych utworzonych wcześniej, przy czym żadna liczba należąca do $L$ nie jest większa lub równa żadnej liczbie należącej do $R$ a wartość funkcji urodzinowej liczby $(L, R)$ jest większa od wartości funkcji urodzinowej dla każdej liczby w $L$ i $R$ .
Jeśli $x = (X L, X R)$ i $y = (Y L, Y R)$ reprezentują liczby nadrzeczywiste, to $x\le y$ wtedy i tylko wtedy, gdy

$\bigwedge_{x\in X_L} \bigwedge_{y\in Y_L} x\le y$

oraz

$\bigwedge_{x\in X_R} \bigwedge_{y\in Y_R} x\le y$

Definicja ta odwołuje się do porządku ustalonego we wcześniejszych krokach indukcji
Dwie liczby nadrzeczywiste $x$ i $y$ są równe, jeśli $x\le y\le x$ .
Indukcję rozpoczynamy od pary $(\empty,\empty)$ utożsamianej z liczbą naturalną 0.
W danym kroku indukcji do liczb nadrzeczywistych dołączamy wszystkie liczby możliwe do utworzenia w sposób opisany w punkcie 1.

Para $(L, R)$ reprezentuje liczbę nadrzeczywistą większą od każdej liczby w $L$ i mniejszą od każdej liczby w $R$ .

Działania arytmetyczne

Dodawanie jest w tej konstrukcji zdefiniowane następująco:

$x + y = (\{ X_L + y \cup x + Y_L\} , \{X_R + y \cup x + Y_R \})$

gdzie $X + y = \{ x + y : x \in X \}$

$x + Y = \{ x + y : y \in Y \}$

Negacja liczby:

$-x=(\{-X_R\},\{-X_L\})\$

gdzie $-X = \{ - x : x \in X \}$

Mnożenie:

$xy = (\{ (X_L y + x Y_L - X_L Y_L) \cup (X_R y + x Y_R - X_R Y_R) \} ,$

$, \{(X_L y + x Y_R - X_L Y_R) \cup (X_R y + x Y_L - X_R Y_L)\})$

gdzie $XY = \{ xy : x \in X \wedge y \in Y \},$

$Xy = X\{y\},\$

$xY = \{x\}Y\$

[edytuj] Niektóre podklasy liczb nadrzeczywistych

Liczby porządkowe.
Liczby hiperrzeczywiste.
- Liczby rzeczywiste. Przykładowo:
  
  $\pi=\left(\left\{3, \frac{25}{8}, \frac{201}{64}, \dots\right\},\left\{ \dots, \frac{101}{32},\frac{51}{16},\frac{13}{4}, \frac{7}{2}, 4\right\}\right)$
- Liczby infinitezymalne, większe od zera, ale mniejsze od dowolnej liczby dodatniej, np.
  
  $\varepsilon=\left( \{0\},\left\{ \dots, \frac{1}{16}, \frac{1}{8}, \frac{1}{4}, \frac{1}{2}, 1 \right\}\right)$

[edytuj] Ujęcie intuicyjne

Można też stosować zapis pary zbiorów g = {a, b, c...|d, e, f...} i mówić, że g to najprostsza liczba ostro większa od a, b, c... i ostro mniejsza od d, e, f...^[2].

Przykłady

{ | } = 0

{0| } = 1

{0, 1| } = {1| } = {1|3} = {1½|4} = {1|ω} = 2

{0, 1, 2, 3... |ω, ω/2, ω/4, ω/8... } = √ω

Można też utożsamiać je z grami (gra Hackenbusha). Gra polega na tym, że jeden gracz usuwa z rysunku po jednej czerwone linie, a drugi czarne. Jednocześnie są usuwane linie, które straciły kontakt z podłożem. Przegrywa ten, kto nie może wykonać ruchu. Jeżeli strategię wygrywającą ma gracz czerwony, liczba jest dodatnia, jeżeli czarny – ujemna, a jeżeli drugi gracz zawsze może wygrać – liczba jest równa zeru. Liczbę przeciwną uzyskujemy przez zamianę kolorów linii. Dodawanie to po prostu postawienie rysunków obok siebie. To, która liczba jest większa, określa się sprawdzając znak sumy jednej liczby i liczby przeciwnej do drugiej. Można też zdefiniować mnożenie.

Liczby rzeczywiste określa się jako słupki – liczby naturalne to odpowiednia liczba czarnych kresek, przecinek zastępuje układ czarna – czerwona, a potem zera w rozwinięciu dwójkowym to czerwone kreski, a jedynki – czarne. Ostatniego zera skończonej liczby nie zapisuje się.

10 to słupek z dziesięciu czarnych kresek.
1,1001101₍₂₎ = 1 i 37/64 to 2 czarne, czerwony, czarny, 2 czerwone, czarny i czerwony.
Liczbę pi zapisuje się jako 4 czarne, 3 czerwone, czarny, 2 czerwone, czarny, 4 czerwone, 6 czarnych, czerwony, 2 czarne, czerwony, czarny... (π = 11,001001000011111101101...₍₂₎)

Liczby nadrzeczywiste można też utożsamiać z rzędem wzrostu funkcji:

X → 1, X² → 2, X³ → 3, e^X → ω, X·e^X → ω+1, e^X/X → ω-1, e^2X → 2ω, e^X/2 → ω/2, e^√X → √ω, e^X² → ω², ln X → 1/ω,

[edytuj] Zobacz też

aksjomaty i konstrukcje liczb

Przypisy

↑ http://links.jstor.org/sici?sici=0002-9947(198501)287%3A1%3C365%3ACFOSN%3E2.0.CO%3B2-R
↑ John Horton Conway, Richard Kenneth Guy, Księga liczb, ISBN 83-204-2969-2, str. 277-284, 290

Co pierwsze: jajko czy kura? Oto odpowiedź!

Po raz kolejny okazało się, że bez pomocy Natury nowoczesna nauka nie ma szans. Używając białka z kurzego jajka jako matrycy, naukowcy zsyntetyzowali nieorganiczne, silnie magnetyczne nanorurki, donosi "Chemical Communications".

"Kopernikus to ukłon w stronę Polski"

Rzecznik komisarza Guentera Verheugena zapewnił, że jego komisarz nigdy nie powiedział, że Mikołaj Kopernik był Niemcem. Nazwę "Kopernikus" dla nowego programu UE wybrał, by podkreślić polski wkład w historię nauki.

Badania na obecność HIV nie będą anonimowe?

Przepisy proponowane przez ministerstwo zdrowia likwidują lub znacznie ograniczają możliwość wykonywania anonimowych badań na obecność wirusa HIV - powiedziała dyrektor Krajowego Centrum ds. AIDS Anna Marzec-Bogusławska.

Chiński "zabytek" trafi na listę UNESCO?

Chińska kaligrafia została zgłoszona do wpisu na listę Arcydzieł Ustnego i Niematerialnego Dziedzictwa Ludzkości UNESCO - poinformowała w czwartek chińska agencja Xinhua.

Kurze udka obniżają ciśnienie

Japońscy naukowcy zidentyfikowali w kurzych udkach cztery proteiny, które - jak się wydaje - skutecznie regulują wysokie ciśnienie krwi - wynika z artykułu opublikowanego w czasopiśmie "Journal of Agricultural Chemistry and Food".

Linki: Strona g��wna

[0] ttp://links.jstor.org/sici?sici=0002-9947(198501)287%3A1%3C365%3ACFOSN%3E2.0.CO%3B2-R

[1] John Horton Conway, Richard Kenneth Guy, Księga liczb, ISBN 83-204-2969-2, str. 277-284, 290

[1]

[2]

Encyklopedia