สืบเนื่องจากในกระทู้
http://ppantip.com/topic/32497967/comment9
จากการพิสูจน์ใน #คห.9 มีความผิดพลาดเกิดขึ้น จึงขอแสดงวิธีทำใหม่ ด้วยการแก้ไขเงื่อนไขบางประการ
จะพิสูจน์ว่า "ไม่มีจำนวนจริงที่มากที่สุดแต่น้อยกว่า7"
วิธีทำ กำหนดให้มี δ < 7 และพิจารณาบนเซต A = {x| δ ≤ x < 7 }
เราจะเลือกพิสูจน์โดยวิธีการขัดแย้ง (Proof by contradictions)
โดยจะกำหนดว่ามีจำนวนจริงใดๆ k ∈ A โดยที่ δ = min(A) และ k
0 = k = max(A)
และกำหนดให้ k
1 = ( min(A) + max(A) )/2 = ( δ + k
0 )/2 = ( δ + k )/2
จากข้อมูลที่มี เราจะทำการสร้างลำดับ k
n
โดยกำหนดว่า k
n+1 = ( δ + k
n )/2 สำหรับทุกๆ n ที่ n ≥ 0 ---- (1)
และจะสมมุติว่าให้มีจำนวนเต็ม m > 0 และมี ε > 0 ซึ่ง k
m = δ + ε > min(A)
จากสมการที่ (1) จะได้ว่า k
m = ( δ + k
m-1 )/2 --- (2)
และในทำนองเดียวกัน k
m-1 = ( δ + k
m-2 )/2 --- (3)
(2) - (3) จะได้ว่า k
m - k
m-1 = ( δ + k
m-1 )/2 - ( δ + k
m-2 )/2 = ( k
m-1 - k
m-2 )/2 --- (4)
(2) - (1) จะได้ว่า k
m - k
n+1= ( k
m-1- k
n)/2 --- (5)
Basic Step พิจารณาในกรณีที่ n = 0 จากสมการที่ (5) เราจะได้ว่า
k
m - k
1 = ( k
m-1 - k
0 )/2 --> 2k
m - 2k
1 = k
m-1 - k
0 --> 2k
m - k
m-1 = 2k
1 - k
0 = ( δ + k
0 ) - k
0 = δ
แทนค่า k
m = δ + ε จะได้ว่า 2(δ + ε) - k
m-1 = δ --> k
m-1 = k และจากสมการที่ (4) ทำให้เราได้ว่า k
m-2 = δ + 4ε
เพราะฉะนั้นแล้ว k
m = δ + ε , k
m-1 = δ + 2ε , k
m - 2 = δ + 4ε --- (6)
Induction Step พิจารณาในกรณีที่ n = m-3 จากสมการที่ (5) เราจะได้ว่า
k
m - k
m-2 = ( k
m-1 - k
m-3 )/2 --> 2k
m - 2k
m-2 = k
m-1 - k
m-3 --> 2k
m - k
m-1 = 2k
m-2 - k
m-3
แทนค่าผลจากสมการที่ (6) จะได้ว่า 2(δ + ε) - (δ + 2ε) = 2(δ + 4ε) - k
m-3 --> k
m-3= δ + 8ε
เพราะฉะนั้นแล้ว k
m = δ + ε , k
m-1 = δ + 2ε , k
m-2 = δ + 4ε , k
m-3 = δ + 8ε
และจากการสังเกต เมื่อเราทำการ Iteration ที่ n = m - q เมื่อ q = 0,1,2,...,m ไปหลายๆครั้ง
เราก็จะได้ว่า k
m = δ + ε , k
m-1 = δ + 2ε , k
m - 2 = δ + 4ε , k
m - 3= δ + 8ε , k
m-4= δ + 16ε, ... , k
m - q = δ + (2
q)ε, ... ,
k
1 = δ + (2
(m-1))ε, k
0 = δ + (2
m)ε ซึ่งจะเห็นว่า k = k
0 = δ + (2
m)ε
Claim พิสูจน์ว่า จะมี k
' > k สำหรับทุกๆ k
' ∈ A
จะเห็นว่า มี ε > 0 เป็นค่าๆหนึ่งโดยกำหนดให้
k = δ + (2
m)ε และ k
' = δ + (2
p)ε --- (A)
เพราะฉะนั้นแล้ว เราต้องพิสูจน์ว่ามี ε > 0 อย่างน้อย 1 ตัว ที่ทำให้ k
' = δ + (2
p)ε ∈ A ได้
โดยที่ยังคงอยู่ภายใต้เงื่อนไขที่ k
' > δ และ k > δ เมื่อมีจำนวนเต็ม p > 0 , m > 0 และจำนวนจริงใดๆ δ < 7
ดังนั้น เมื่อเราเลือกให้สำหรับทุกๆ ε เป็นค่าใดๆที่อยู่บนช่วง (0,2
-(m+1)p] (2
-(m+1)p = (1/2
(m+1)p) > 0 เสมอ)
แทนค่าทุกๆ ε ใน(A) ทำให้ได้ว่า δ + (2
-(p-m))(2
-mp) ≥ k > δ และ δ + 2
-mp ≥ k
' > δ --- (B)
ดังนั้นเราจึงเลือกให้ p > m > 0
เพื่อให้ lim
(m,p) --> (∞,∞) ((2
-(p-m))(2
-mp)) = 0 และ lim
(m,p) --> (∞,∞) (2
-mp) = 0
และกำหนดให้ ε
p-m = [2
-(p-m), 0) และ ε
mp = [2
-mp, 0)
จากอสมการ (B) จะกำหนดว่า k = δ + (ε
p-m)(ε
mp) และ k
' = δ + ε
mp
เราจะเห็นว่า ε
mp > (ε
p-m)(ε
mp)
ดังนั้นท้ายที่สุดแล้วจึงสรุปได้ว่า δ + ε
mp > δ + (ε
p-m)(ε
mp)
หรือมี k
' บางตัวซึ่ง k
' ∈ (k, δ + ε
mp] ที่ทำให้ k
' > k
จะเห็นว่า k ∈ A เนื่องจากว่า เราสามารถสร้างเซตของลำดับ S = {k
0, k
1, k
2, ... , k
m} ให้ m > 0 มากเท่าใดก็ได้
เพื่อให้ δ < k < 7 เพราะว่า S ⊂ A เสมอ
ในทำนองเดียวกัน เราสามารถให้ p > m > 0 มากเท่าใดก็ได้เพื่อให้ 7 > δ + ε
mp ≥ k
' = k
m-p > k > δ ทำให้ได้ว่า k
' ∈ A เสมอ ( ε
mp เลือกให้เล็กเท่าใดก็ได้ เพื่อให้สอดคล้องกับเงือนไข)
สรุปแล้วว่าในท้ายที่สุด สำหรับ p > m > 0 เมื่อ k = δ + (2
m)ε และ k
' = δ + (2
p)ε
เราจะได้ว่าจะมี k
' > k เสมอ
เราจะพบว่า ยังมีจำนวนจริงใดๆที่ k
' > k จึงทำให้เราได้ว่า k ≠ max(A)
จากการพิสูจน์โดยวิธีการขัดแย้งทำให้เราได้ว่า "จะไม่มีจำนวนจริงที่มากที่สุดที่น้อยกว่า 7
แก้ไขการพิสูจน์เรื่องการหาจำนวนจริงที่มากที่สุดแต่น้อยกว่า7
จากการพิสูจน์ใน #คห.9 มีความผิดพลาดเกิดขึ้น จึงขอแสดงวิธีทำใหม่ ด้วยการแก้ไขเงื่อนไขบางประการ
จะพิสูจน์ว่า "ไม่มีจำนวนจริงที่มากที่สุดแต่น้อยกว่า7"
วิธีทำ กำหนดให้มี δ < 7 และพิจารณาบนเซต A = {x| δ ≤ x < 7 }
เราจะเลือกพิสูจน์โดยวิธีการขัดแย้ง (Proof by contradictions)
โดยจะกำหนดว่ามีจำนวนจริงใดๆ k ∈ A โดยที่ δ = min(A) และ k0 = k = max(A)
และกำหนดให้ k1 = ( min(A) + max(A) )/2 = ( δ + k0 )/2 = ( δ + k )/2
จากข้อมูลที่มี เราจะทำการสร้างลำดับ kn
โดยกำหนดว่า kn+1 = ( δ + kn )/2 สำหรับทุกๆ n ที่ n ≥ 0 ---- (1)
และจะสมมุติว่าให้มีจำนวนเต็ม m > 0 และมี ε > 0 ซึ่ง km = δ + ε > min(A)
จากสมการที่ (1) จะได้ว่า km = ( δ + km-1 )/2 --- (2)
และในทำนองเดียวกัน km-1 = ( δ + km-2 )/2 --- (3)
(2) - (3) จะได้ว่า km - km-1 = ( δ + km-1 )/2 - ( δ + km-2 )/2 = ( km-1 - km-2 )/2 --- (4)
(2) - (1) จะได้ว่า km - kn+1= ( km-1- kn)/2 --- (5)
Basic Step พิจารณาในกรณีที่ n = 0 จากสมการที่ (5) เราจะได้ว่า
km - k1 = ( km-1 - k0 )/2 --> 2km - 2k1 = km-1 - k0 --> 2km - km-1 = 2k1 - k0 = ( δ + k0 ) - k0 = δ
แทนค่า km = δ + ε จะได้ว่า 2(δ + ε) - km-1 = δ --> km-1 = k และจากสมการที่ (4) ทำให้เราได้ว่า km-2 = δ + 4ε
เพราะฉะนั้นแล้ว km = δ + ε , km-1 = δ + 2ε , km - 2 = δ + 4ε --- (6)
Induction Step พิจารณาในกรณีที่ n = m-3 จากสมการที่ (5) เราจะได้ว่า
km - km-2 = ( km-1 - km-3 )/2 --> 2km - 2km-2 = km-1 - km-3 --> 2km - km-1 = 2km-2 - km-3
แทนค่าผลจากสมการที่ (6) จะได้ว่า 2(δ + ε) - (δ + 2ε) = 2(δ + 4ε) - km-3 --> km-3= δ + 8ε
เพราะฉะนั้นแล้ว km = δ + ε , km-1 = δ + 2ε , km-2 = δ + 4ε , km-3 = δ + 8ε
และจากการสังเกต เมื่อเราทำการ Iteration ที่ n = m - q เมื่อ q = 0,1,2,...,m ไปหลายๆครั้ง
เราก็จะได้ว่า km = δ + ε , km-1 = δ + 2ε , km - 2 = δ + 4ε , km - 3= δ + 8ε , km-4= δ + 16ε, ... , km - q = δ + (2q)ε, ... ,
k1 = δ + (2(m-1))ε, k0 = δ + (2m)ε ซึ่งจะเห็นว่า k = k0 = δ + (2m)ε
Claim พิสูจน์ว่า จะมี k' > k สำหรับทุกๆ k' ∈ A
จะเห็นว่า มี ε > 0 เป็นค่าๆหนึ่งโดยกำหนดให้
k = δ + (2m)ε และ k' = δ + (2p)ε --- (A)
เพราะฉะนั้นแล้ว เราต้องพิสูจน์ว่ามี ε > 0 อย่างน้อย 1 ตัว ที่ทำให้ k' = δ + (2p)ε ∈ A ได้
โดยที่ยังคงอยู่ภายใต้เงื่อนไขที่ k' > δ และ k > δ เมื่อมีจำนวนเต็ม p > 0 , m > 0 และจำนวนจริงใดๆ δ < 7
ดังนั้น เมื่อเราเลือกให้สำหรับทุกๆ ε เป็นค่าใดๆที่อยู่บนช่วง (0,2-(m+1)p] (2-(m+1)p = (1/2(m+1)p) > 0 เสมอ)
แทนค่าทุกๆ ε ใน(A) ทำให้ได้ว่า δ + (2-(p-m))(2-mp) ≥ k > δ และ δ + 2-mp ≥ k' > δ --- (B)
ดังนั้นเราจึงเลือกให้ p > m > 0
เพื่อให้ lim(m,p) --> (∞,∞) ((2-(p-m))(2-mp)) = 0 และ lim(m,p) --> (∞,∞) (2-mp) = 0
และกำหนดให้ εp-m = [2-(p-m), 0) และ εmp = [2-mp, 0)
จากอสมการ (B) จะกำหนดว่า k = δ + (εp-m)(εmp) และ k' = δ + εmp
เราจะเห็นว่า εmp > (εp-m)(εmp)
ดังนั้นท้ายที่สุดแล้วจึงสรุปได้ว่า δ + εmp > δ + (εp-m)(εmp)
หรือมี k' บางตัวซึ่ง k' ∈ (k, δ + εmp] ที่ทำให้ k' > k
จะเห็นว่า k ∈ A เนื่องจากว่า เราสามารถสร้างเซตของลำดับ S = {k0, k1, k2, ... , km} ให้ m > 0 มากเท่าใดก็ได้
เพื่อให้ δ < k < 7 เพราะว่า S ⊂ A เสมอ
ในทำนองเดียวกัน เราสามารถให้ p > m > 0 มากเท่าใดก็ได้เพื่อให้ 7 > δ + εmp ≥ k' = km-p > k > δ ทำให้ได้ว่า k' ∈ A เสมอ ( εmp เลือกให้เล็กเท่าใดก็ได้ เพื่อให้สอดคล้องกับเงือนไข)
สรุปแล้วว่าในท้ายที่สุด สำหรับ p > m > 0 เมื่อ k = δ + (2m)ε และ k' = δ + (2p)ε
เราจะได้ว่าจะมี k' > k เสมอ
เราจะพบว่า ยังมีจำนวนจริงใดๆที่ k' > k จึงทำให้เราได้ว่า k ≠ max(A)
จากการพิสูจน์โดยวิธีการขัดแย้งทำให้เราได้ว่า "จะไม่มีจำนวนจริงที่มากที่สุดที่น้อยกว่า 7