カントールの交差定理
📂解析学カントールの交差定理
定義
集合の数列 {Sn}n=1∞ が全ての自然数 n に対して Sn+1⊂Sn が成り立つなら、ネステッドnestedされていると言う。
説明
ネステッドの訳はあまりスムーズではないが、別の選択肢がないので、そのままネステッドNestedと覚えることをお勧めする。
定理
ネステッドされた区間 [an,bn] について、次が成り立つ。
(a) n=1⋂∞[an,bn]=∅
(b) 特に n→∞lim(bn−an)=0 の場合、 n=1⋂∞[an,bn] は単元素集合である。
単元素集合 とは、要素がただ一つしか存在しない集合をいう。
証明
(a)
全ての自然数 n に対して、仮定により
[an+1,bn+1]⊂[an,bn]a1≤an≤bn≤b1
完備性公理により、二つの数
a:=sup{an}b:=inf{bn}
が存在する。全自然数に対して an≤a≤b≤bn が成り立つので、 [a,b]⊂[an,bn] が成り立ち、結果として
n=1⋂∞[an,bn]=∅
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(b)
n→∞lim(bn−an)=0 を仮定すると、 a=b により
n=1⋂∞[an,bn]={a}={b}
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参照