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关于Tom Apostol《微积分》中不等式推理逻辑的疑问

关于Tom Apostol《微积分》中不等式推理逻辑的疑问

嘿,我来帮你拆解Apostol这里的推理逻辑,其实核心就是实数的三歧性(不用纠结术语,看具体推导就行):

首先先把书上的关键不等式明确下:

对于任意整数 (n \ge 1),都有:
$$\frac{b^3}{3} - \frac{b3}{n}<A<\frac{b3}{3} + \frac{b^3}{n}$$

Apostol提出的三种可能性 (A>\frac{b3}{3})、(A<\frac{b3}{3})、(A=\frac{b^3}{3}),其实是从实数的基本性质来的:对于任意两个实数 (x) 和 (y),必然且只会满足以下三种情况之一:(x>y)、(x<y)、(x=y)——这是实数体系里最基础的三歧性公理,这里只是把 (x) 换成 (A),(y) 换成 (\frac{b^3}{3}) 而已。

但他为什么要结合前面的不等式提这三种可能性?其实是为反证法做铺垫:接下来他应该会证明前两种情况((A>\frac{b^3}{3}) 或 (A<\frac{b^3}{3}))都会和前面的不等式矛盾,从而只能得出 (A=\frac{b^3}{3}) 的结论。

举个简单的例子帮你理解:假设 (A>\frac{b^3}{3}),那我们可以取一个足够大的 (n),让 (\frac{b^3}{n} < A - \frac{b^3}{3}),这样就会得到 (\frac{b^3}{3} + \frac{b^3}{n} < A),这直接和前面的不等式 (A<\frac{b^3}{3} + \frac{b^3}{n}) 矛盾;同理如果 (A<\frac{b^3}{3}),取足够大的 (n) 也会推出矛盾。所以最后只能是 (A=\frac{b^3}{3})。

总结下:三种可能性的提出是基于实数的基本三歧性,而结合前面的不等式是为了后续用反证法锁定唯一正确的结论。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者ehehehexddd

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