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幾何学序論1

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Academic year: 2021

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(1)

幾何学序論1 K.Ichihara

有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

幾何学序論1

市原一裕

2015629日(月)2, 4

(2)

幾何学序論1 K.Ichihara

有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

小テスト

直積集合 N × N

(a, b) (c, d) a + d = c + b

で定義される同値関係による商集合として Z を定義したとして,以下の問いに答えなさい.

1. 5 の定義を書きなさい.

2. 5 × − 1 = 5 を示しなさい.

3. 5 < 0 を示しなさい.

(3)

幾何学序論1 K.Ichihara

有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

有理数の定義

定義 3.4.1【Q,有理数(rational number)】

直積集合Z×(Z− {0})を考える.

ここで,

(m, n)(m, n)⇔mn=mn

で定義される関係を考えると,これは同値関係になる.

そこで,商集合 Z×(Z− {0})/を考え,

この集合を有理数の集合 Q と定義し,

その各要素を 有理数 と定義する.

(4)

幾何学序論1 K.Ichihara

有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

注意

注意 3.4.1

分母に 0 が来ないようにするため,

Z×Zではなく,Z×(Z− {0})を考える.

注意 3.4.2

Qの「Q」は,Quotient (商)の頭文字.

注意 3.4.3

また公理的に定義することも可能(標数0の素体として).

ここでの構成は,一般に,環から商体を作る構成法.

(5)

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有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

約分

注意 3.4.3【約分】

Q=Z×(Z− {0})/の要素で,

その代表元が(m, n)のものをmn で表す.

このとき,任意のk∈Z− {0}に対して,次が成り立つ.

m n = km

kn

つまり,(m, n)を代表元とする同値類と,

(km, kn)を代表元とする同値類は等しい.

注意 3.4.5

n∈Zに対して,(n,1)を代表元とする同値類

(つまり,Q=Z×(Z− {0})/の要素)をnで表し,

整数n∈Zと同一視する.

この同一視によって,Qの部分集合{n1 Q|n∈Z}と整 数の集合Zとの間に全単射を作ることができる.

(6)

幾何学序論1 K.Ichihara

有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

有理数の演算

定義 3.4.2【有理数の演算】

(a, b)を代表元とする同値類x∈Qと,

(c, d)を代表元とする同値類y∈Qに対して,

x+y:= (ad+bc, bd)を代表元とする同値類

x×y:= (ac, bd)を代表元とする同値類 と定義する.また,x−y:=x+ (−y)と定義する.

(7)

幾何学序論1 K.Ichihara

有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

有理数の演算の性質

注意 3.4.6

これらの演算の定義については,整数の演算のように,

well-defined であることを示しておく必要がある.

注意 3.4.7

有理数の大小関係も,整数のときと同様に定義する.

注意 3.4.8

これらの演算について,結合法則・交換法則・分配法則など,

これまで使って来たような性質は,きちんと証明できる.

(8)

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有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

有理数の逆数

定理 3.4.1【有理数の逆数】

a

b,cd Qについて,ab ×dc = 1ならば cd = baが成り立つ.

注意 3.4.9

言い換えると,(a, b)を代表元とする同値類x∈Qと,

(c, d)を代表元とする同値類y∈Qに対して,

x×y= 1ならば,y(b, a)を代表元としてもつ.

さらに言い換えると,

x×y= 1ならば,(c, d)(b, a)となる.

(9)

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有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

有理数の除法

定義 3.4.3【有理数の除法】

x, y∈Qに対して,商x÷yを「x=y×zをみたす要素z として定義する.

注意 3.4.10

次の定理により,このようなx÷yは必ず存在して,ただ 一つである.

定理 3.4.2

Q=Z×(Z− {0})/の元 ab dcについて,次が成立.

a b ÷ c

d = a b × d

c

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有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

有理数の集合の濃度

定理 3.4.3

自然数の集合Nと有理数の集合Qは対等である.

つまり,全単射NQが存在する.

また言い換えると,Qは可算集合である.

(11)

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有理数とは

有理数の集合の構成 有理数の定義 約分 有理数の演算 逆数 有理数の除法 有理数の集合の濃度

練習問題

練習問題

直積集合Z×(Z− {0})

(m, n)(m, n)⇔mn=mn

で定義される同値関係による商集合としてQを定義したと して,以下の問いに答えなさい.

練習問題 3.4.1 2

3 = 4

6が成り立つことを示しなさい.

練習問題 3.4.2 2

3 ×2

5 を計算しなさい.

練習問題 3.4.3 2÷3 = 2

3 を示しなさい.

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