Гипердействительная прямая

Предположим, что неархимедово расширение упорядоченного поля действительных чисел существует. Исследуем его свойства.

Пусть *R – неархимедово расширение R. Его элементы называются гипердействительными числами. Среди них содержатся и все действительные числа. Для отличия тех гипердействительных чисел, которые не являются действительными (элементы R) назовем их стандартными, а остальнгые гипердействительные (элементы *RR) – нестандартными. Тогда бесконечно малые являются нестандартными, так как среди действительных чисел бесконечно малых нет.

Бесконечно малые положительные числа меньше всех стандартных положительных чисел. Аналогичным образом отрицательные бесконечно малые числа больше всех стандартных отрицательных чисел. Таким образом, если пытаться изобразить бесконечно малые числа на числовой прямой, то пришлось бы втиснуть их настолько близко к нулю, чтобы все положительные стандартные числа оказались справа, а отрицательные – слева.

Указанное свойство может служить определением бесконечной малости: если число e>0 меньше всех стандартных положительных чисел, то оно бесконечно мало.

Определение. Гипердействительное число А>0 называется бесконечно большим, если А>1, А>1+1, А > 1+1+1, .…(Отрицательное число В называется бесконечно большим, если таков его модуль)

Положительное бесконечно большое число А больше любого стандартного.

Аналогичным образом всякое отрицательное бесконечно большое гипердействительное число меньше любого стандартного.

Определение. Гипердействительные числа, не являющиеся бесконечно большими, будут называться конечными.

Утверждение. Если s – конечное гипердействительное число, то найдутся стандратное v и бесконечно малое e, для которых s=v+e. Такое представление единственно.

Определение. Стандартной частью st(x) конечного гипердействительного числа x называется такое стандартное v, что x=v+e для бесконечно малого e.

Гипердействительная прямая разбивается на 3 части (слева направо): отрицательные бесконечно большие, конечные, положительные бесконечно большие. Рассмотрим «конечную часть» гипердейсьвительной прямой. Рядом с каждым стандартным действительным числом а расположено множество бесконечно близких к нему гипердействительных чисел, для которых а является стандратной частью. Это множество называют монадой стандартного числа а. Множество конечных гипердействительных чисел разбито на непересекающиеся классы – монады, соответствующие стандартным действительным.

Сумма и разность бесконечно малых бесконечно малы, произведение бесконечно малого и конечного гипердействительных чисел бесконечно мало.

Определение. Два гипердействительных числа называются бесконечно близкими, если их разность бесконечно мала.

Из приведенных выше свойств бесконечно малых следует, что отношение бесконечной близости есть отношение эквивалентности. Это означает, что отношение бесконечно близости рефлексивно (каждое x бесконечно близко самому себе), симметрично (если x бесконено близко к y, то y бесконечно близко к x) и транзитивно (если x бесконено близко к y, а y бесконечно близко к z, то x бесконечно близко к z). Всякое отношение эквивалентности разбивает множество, на котором оно определено на непересекающиеся классы, причем любые два элемента одного класса эквивалентны, а любые два элемента разных классов не эквивалентны. В частности, наше отношение разбивает *R на непересекающиеся классы, причем элементы одного класса бесконечно близки друг к другу, а элементы разных классов — нет. Классы, содержащие стандартные действительные числа, представляют собой упоминавшиеся выше «монады».