实数与完备性

阿基米德性质

阿基米德性质断言实数轴上既没有无穷大的数,也没有无穷小的正数。无论一个实数多么巨大,你都能通过把 1 累加足够多次而越过它;无论一个正实数多么微小,反复累积它的副本终将超过任何给定目标。

确切地说:对任意实数 x,都存在自然数 n 使 n 大于 x。等价地,对任意正实数 epsilon,都存在自然数 n 使 1 除以 n 小于 epsilon。这两种形式是同一断言从两端来看,一个讲变大,一个讲变小。

对实数而言这是定理,而非额外公理:它由最小上界性质推出。若自然数有上界,则它们有上确界 s,但这样 s 减 1 就不再是上界,从而存在大于 s 减 1 的自然数,进而存在大于 s 的自然数,矛盾。

在某些奇异的有序域中此性质不成立,例如非标准分析中含有真正无穷小量的域。在那里,一个元素可以为正,却比每个 1 除以 n 都小。实数刻意排除了这类元素,这正是普通微积分无需真正的无穷小量的原因。

要用正数 0.003 越过目标 1000,取 n = 333334:则 n 乘 0.003 = 1000.002 > 1000。无论步长多小,足够多步总能跨过任何高度。

小步只要走得够多,就能超越任何界限。