¿Cómo se muestra que el supremum de un conjunto de enteros acotado es un entero en el conjunto?

A2A. Una vez que uno ya no es un estudiante, este hecho se considera lo suficientemente obvio como para citarlo. Supongo que puede ver fácilmente que es correcto (para conjuntos no vacíos). El hecho de que esté buscando demostrarlo significa que, en cierto sentido, está volviendo a desarrollar los cimientos del tema. Parte de la pregunta es, entonces, cuánto puede usar (como ya se ha demostrado). Esta necesidad de organizar los resultados básicos en un orden (que puede ser diferente para diferentes autores) hace que estas pruebas sean difíciles de una manera que las pruebas dejen de ser posteriores. Hay una obra, Principia Mathematica, que es famosa por una prueba extremadamente larga y pedante de que 1 + 1 = 2. Disculpe lo siguiente si parte de él es innecesariamente exigente para lo que está trabajando.

El hecho de que un conjunto limitado de enteros sea finito podría estar bien de usar ya. Si es así, puede ignorar el siguiente párrafo.

En algún momento se demuestra que los enteros no negativos corresponden a los números naturales (se pueden identificar con ellos) y satisfacen los axiomas de Peano (axiomas de Peano – Wikipedia). Un conjunto limitado de números naturales es un subconjunto de [math] {n: -N \ le n \ le N} [/ math] para un [math] N [/ math] enlazado, y este conjunto puede ser finito por inducción en [matemáticas] N [/ matemáticas]. porque [math] {n: – (N + 1) \ le n \ le N + 1} [/ math] es [math] {n: -N \ le n \ le N} [/ math] con dos elementos adicionales . Un subconjunto de un conjunto finito es finito. Dependiendo del nivel de detalle requerido, estos pasos pueden necesitar dividirse en pasos más elementales.

Sin embargo, es muy probable que esté trabajando en un contexto en el que no necesita hacer tal argumento.

Un elemento máximo [math] U [/ math] de un conjunto ordenado es un supremum. Es un límite superior porque cada elemento es [math] \ le U [/ math]. Es un límite superior mínimo porque para cualquier otro límite superior [matemática] U ‘[/ matemática], el hecho de que [matemática] U [/ matemática] es un elemento y [matemática] U’ [/ matemática] es un límite superior implica [matemáticas] U ‘\ ge U [/ matemáticas]. Es probable que también puedas tomar esto como obvio.

El hecho de que en un conjunto ordenado finito no vacío haya un elemento máximo (un miembro del conjunto) es una prueba por inducción sobre el número de elementos del conjunto. Un conjunto vacío no tiene un máximo, pero excluimos ese caso. En un conjunto con un elemento, el elemento es el máximo. Si agregamos un elemento a un conjunto ordenado con un máximo, el nuevo máximo es el anterior o es el elemento que agregamos.

¿Sabes qué es un conjunto compacto ? Si no lo hace, un conjunto compacto es un conjunto cerrado y acotado .

Si bien puede no parecer un objeto muy interesante y útil al principio (definitivamente no lo hizo para mí), en realidad está asociado con muchas propiedades agradables. Y una de estas propiedades es que los conjuntos compactos contienen sus supremums.

Para mostrar esto, puede seguir la ruta de contradicción: suponga que un conjunto compacto [matemática] S [/ matemática] no contiene su supremum; llámelo, [matemática] x [/ matemática]. Como [math] S [/ math] está acotado, [math] x [/ math] debe ser finito. Entonces tenemos un finito [matemático] x [/ matemático] que es el límite superior mínimo para [matemático] S [/ matemático].

Pero [math] x \ notin S [/ math], lo que significa que para que [math] x [/ math] sea el límite superior mínimo para [math] S [/ math], cualquier vecindario sobre [math] x [/ math] tiene que contener algunas [math] s \ en S. [/ math] (Si este no fuera el caso, entonces podría encontrar un límite superior más pequeño [math] x ‘[/ math] para [math] S .) [/matemáticas]

Entonces [matemática] x [/ matemática] es un punto límite de [matemática] S [/ matemática] que no está contenido en [matemática] S [/ matemática], lo que contradice que [matemática] S [/ matemática] es un conjunto cerrado .

Dado que un conjunto limitado de enteros es compacto, su pregunta se deriva de este resultado.

No estaba seguro de cuántos detalles querías que entrara, por lo que algunos pasos pueden parecer demasiado simplificados / manuales. Si este es el caso, dígalo en los comentarios y lo haré más riguroso.

A2A: el máximo de cualquier conjunto finito de números reales (entero o no) es el supremum del conjunto. Esto es efectivamente por definición. No se requieren más “pruebas”. El concepto solo se vuelve interesante cuando se habla de conjuntos con infinitos puntos.