العناصر القصوى والدنيا

في الرياضيات ، وخاصة في نظرية الترتيب ، العنصر الأقصى لمجموعة جزئيةعنصر من مجموعة مرتبة مسبقًا هو عنصر منالذي ليس أصغر من أي عنصر آخر في. أصغر عنصر في مجموعة جزئيةيُعرَّف عنصر من مجموعة مرتبة مسبقًا بشكل مزدوج على أنه عنصر منالذي لا يزيد عن أي عنصر آخر في.
إن مفهومي العنصر الأقصى والعنصر الأدنى أضعف من مفهومي أكبر عنصر وأصغر عنصر، واللذين يُعرفان أيضاً، على التوالي، بالحد الأقصى والحد الأدنى. الحد الأقصى لمجموعة جزئيةعنصر من مجموعة مرتبة مسبقًا هو عنصر منوهو أكبر من أو يساوي أي عنصر آخر منوالحد الأدنى منيُعرَّف هذا المفهوم أيضًا بشكل مزدوج. في حالة المجموعة المرتبة جزئيًا ، بينما لا يمكن أن يكون هناك أكثر من عنصر أقصى واحد وأكثر من عنصر أدنى واحد، قد يكون هناك أكثر من عنصر أقصى أو أدنى. [ 1 ] [ 2 ] وبالتفصيل أكثر، بالنسبة للمجموعات المرتبة كليًا ، يتطابق مفهوم العنصر الأقصى مع مفهوم العنصر الأقصى، ويتطابق مفهوم العنصر الأدنى مع مفهوم العنصر الأدنى.
على سبيل المثال، في المجموعة مرتبةً حسب الاحتواء ، يكون العنصر { d , o } أصغر عنصر لأنه لا يحتوي على أي مجموعات في المجموعة، ويكون العنصر { g , o , a , d } أكبر عنصر لأنه لا توجد مجموعات في المجموعة تحتويه، ويكون العنصر { d , o , g } ليس أصغر ولا أكبر عنصر، ويكون العنصر { o , a , f } أصغر وأكبر في آنٍ واحد. في المقابل، لا يوجد حد أقصى ولا حد أدنى لـ
تنصّ مبرهنة زورن على أن كل مجموعة مرتبة جزئيًا، والتي يكون لكل مجموعة جزئية مرتبة كليًا حدّ أعلى لها، تحتوي على عنصر أقصى واحد على الأقل. هذه المبرهنة مكافئة لنظرية الترتيب الجيد وبديهية الاختيار [ 3 ]، وتستلزم نتائج مهمة في مجالات رياضية أخرى، مثل مبرهنة هان-باناخ ، ومبرهنة كيرزبراون ، ومبرهنة تيكونوف ، ووجود أساس هامل لكل فضاء متجهي ، ووجود إغلاق جبري لكل حقل .
تعريف
يتركلنفترض أنها مجموعة مرتبة مسبقًا ولندعهاعنصر أقصى منبالنسبة إلىهو عنصربحيث
- لويرضيثم بالضرورة
وبالمثل، أعنصر أساسي منبالنسبة إلىهو عنصربحيث
- لويرضيثم بالضرورة
وبعبارة أخرى،هو عنصر أساسي منبالنسبة إلىإذا وفقط إذاهو عنصر أقصى منبالنسبة إلىحيث بحسب التعريف،إذا وفقط إذا(للجميع)).
إذا كانت المجموعة الفرعيةإذا لم يتم تحديد ذلك، فينبغي افتراض أنبشكل صريح، أالعنصر الأقصى (على التوالي،العنصر الأدنى)منهو عنصر أقصى (أو عنصر أدنى) منبالنسبة إلى
إذا كانت المجموعة المطلوبة مسبقًاكما أنها مجموعة مرتبة جزئياً (أو بشكل أعم، إذا كان القيد(إذا كانت مجموعة مرتبة جزئياً)هو عنصر أقصى منإذا وفقط إذالا يحتوي على عنصر أكبر منوهذا يعني صراحةً أنه لا يوجد أي عنصربحيثو يتم الحصول على خصائص العناصر الدنيا باستخدامبدلاً من
الوجود والتفرد

لا يشترط وجود العناصر القصوى.
- مثال 1: ليكنأينيرمز إلى الأعداد الحقيقية . لكللكن(إنه،لكن ليس).
- مثال 2: ليكنأينيرمز إلى الأعداد النسبية و حيثغير منطقي.
على العمومهذا مجرد طلب جزئيلوهو عنصر أقصى وعندئذٍ يبقى من الممكن ألا يكون أي منهماولاوهذا يترك الباب مفتوحاً أمام إمكانية وجود أكثر من عنصر أقصى واحد.
- مثال 3: في السياججميعهي ضئيلة وكلهاتكون في أقصى حد لها، كما هو موضح في الصورة.
- مثال 4: ليكن A مجموعة تحتوي على عنصرين على الأقل، وليكنلتكن مجموعة جزئية من مجموعة القوىتتكون من مجموعات فرعية أحادية ، مرتبة جزئيًا حسبهذه هي المجموعة الجزئية المنفصلة حيث لا يمكن مقارنة أي عنصرين، وبالتالي كل عنصريكون أقصى (وأدنى)؛ علاوة على ذلك، لأي قيمة مميزةلاولا
أكبر العناصر وأصغرها
بالنسبة لمجموعة مرتبة جزئياًالنواة غير الانعكاسية لـيُشار إليه بـويتم تعريفه بواسطةلوو للأعضاء التعسفيينينطبق أحد الحالات التالية فقط:
- ؛
- ؛
- ؛
- ولا يمكن مقارنتهما.
بالنظر إلى مجموعة جزئيةوبعض
- إذا لم تنطبق الحالة 1 على أيثمهو عنصر أقصى منكما هو موضح أعلاه؛
- إذا لم تنطبق الحالتان 1 و 4 على أيثميُطلق عليه اسم العنصر الأكبر من
وبالتالي فإن تعريف العنصر الأكبر أقوى من تعريف العنصر الأقصى.
وبصورة مكافئة، أكبر عنصر في مجموعة جزئيةيمكن تعريفها كعنصر منوهو أكبر من كل عنصر آخر من قد تحتوي المجموعة الجزئية على عنصر واحد أكبر على الأكثر. [ البرهان 1 ]
أهم عنصر فيإذا وُجد، فهو أيضًا عنصر أقصى من[ البرهان 2 ] وهو الوحيد. [ البرهان 3 ] بالاستدلالالعكسي، إذاإذا كان للمصفوفة عدة عناصر عظمى، فلا يمكن أن يكون لها عنصر أعظم؛ انظر المثال 3.تحقق شرط السلسلة التصاعدية ، وهي مجموعة جزئيةلتحتوي المجموعة على عنصر أعظم إذا، وفقط إذا ، كان لها عنصر أعظم واحد. [ البرهان 4 ]
عندما يتم تقييدلهو طلب كامل ((في الصورة العلوية مثال)، عندئذٍ يتطابق مفهوما العنصر الأقصى والعنصر الأكبر. [ البرهان 5 ] هذا ليس شرطًا ضروريًا: كلماإذا كان للمجموعة عنصر أعظم، فإن المفهومين يتطابقان أيضًا، كما ذُكر أعلاه. إذا تطابق مفهوما العنصر الأقصى والعنصر الأعظم في كل مجموعة جزئية مكونة من عنصرينلثمهذا طلب كامل على[ الإثبات 6 ]
إن المفهوم المقابل لمفهوم الأعظم هو مفهوم العنصر الأصغر الذي يرتبط بالحد الأدنى بنفس الطريقة التي يرتبط بها مفهوم الأعظم بالحد الأقصى .
مجموعات موجهة
في المجموعة المرتبة ترتيبًا كليًا ، يتطابق مصطلحا "العنصر الأقصى" و"العنصر الأكبر"، ولذلك يُستخدمان بشكل متبادل في مجالات مثل التحليل الرياضي حيث تُؤخذ الترتيبات الكلية فقط في الاعتبار. لا تنطبق هذه الملاحظة على المجموعات الفرعية المرتبة ترتيبًا كليًا لأي مجموعة مرتبة ترتيبًا جزئيًا فحسب، بل تنطبق أيضًا على تعميمها في نظرية الترتيب عبر المجموعات الموجهة . في المجموعة الموجهة، لكل زوج من العناصر (وخاصة أزواج العناصر غير القابلة للمقارنة) حد أعلى مشترك داخل المجموعة. إذا احتوت مجموعة موجهة على عنصر أقصى، فهو أيضًا عنصرها الأكبر، [ البرهان 7 ] وبالتالي عنصرها الأقصى الوحيد. للاطلاع على مثال لمجموعة موجهة بدون عناصر قصوى أو أكبر، انظر المثالين 1 و2 أعلاه .
تنطبق استنتاجات مماثلة على العناصر الدنيا.
يمكن الاطلاع على المزيد من المعلومات التمهيدية في المقالة المتعلقة بنظرية النظام .
ملكيات
- كل مجموعة جزئية منتهية غير فارغةتحتوي المجموعة على عناصر قصوى وعناصر دنيا. أما المجموعة الجزئية غير المنتهية فلا يشترط أن تحتوي على أي منهما، على سبيل المثال، الأعداد الصحيحةبالترتيب المعتاد.
- مجموعة العناصر القصوى لمجموعة جزئيةهي دائمًا سلسلة مضادة ، أي لا يوجد عنصران أقصى مختلفان منوهي قابلة للمقارنة. وينطبق الشيء نفسه على العناصر الدنيا.
أمثلة
- في كفاءة باريتو ، يعتبر الحل الأمثل لباريتو عنصرًا أقصى فيما يتعلق بالترتيب الجزئي لتحسين باريتو، وتسمى مجموعة العناصر القصوى حدود باريتو.
- في نظرية القرار ، تعتبر قاعدة القرار المقبولة عنصرًا أقصى فيما يتعلق بالترتيب الجزئي لقاعدة القرار المهيمنة .
- في نظرية المحفظة الحديثة ، تسمى مجموعة العناصر القصوى فيما يتعلق بترتيب المنتج على المخاطر والعائد بالحدود الكفؤة .
- في نظرية المجموعات ، تكون المجموعة منتهية إذا وفقط إذا كان لكل عائلة غير فارغة من المجموعات الجزئية عنصر أدنى عند ترتيبها حسب علاقة الاحتواء .
- في الجبر المجرد ، هناك حاجة إلى مفهوم القاسم المشترك الأقصى لتعميم مفهوم القواسم المشتركة الكبرى على أنظمة الأعداد التي قد تحتوي فيها القواسم المشتركة لمجموعة من العناصر على أكثر من عنصر أقصى واحد.
- في الهندسة الحسابية ، تكون القيم القصوى لمجموعة النقاط قصوى بالنسبة للترتيب الجزئي للهيمنة الإحداثية.
نظرية المستهلك
في علم الاقتصاد، يمكن للمرء أن يخفف من بديهية عدم التناظر، باستخدام الترتيبات المسبقة (بشكل عام الترتيبات المسبقة الكلية ) بدلاً من الترتيبات الجزئية؛ المفهوم المماثل للعنصر الأقصى مشابه جدًا، ولكن يتم استخدام مصطلحات مختلفة، كما هو مفصل أدناه.
في نظرية المستهلك، يُعتبر فضاء الاستهلاك مجموعة ما، عادةً ما يكون الجزء الموجب من فضاء متجهي ما بحيث يكون كليمثل هذا كمية الاستهلاك المحددة لكل سلعة موجودة في الاقتصاد. وعادةً ما يتم تمثيل تفضيلات المستهلك من خلال إجمالي الطلب المسبق.لهذا السبب.ويقرأ:يُفضّل على الأكثر أن يكون كذلك. متىويُفسر ذلك بأن المستهلك غير مبالٍ بينولكن هذا لا يُعد سببًا للاستنتاج بأنلا يُفترض مطلقًا أن علاقات التفضيل متناظرة عكسيًا. في هذا السياق، لأيعنصريُقال إن العنصر هو عنصر أقصى إذا يشير إلى حيث يتم تفسيرها على أنها مجموعة استهلاكية لا تهيمن عليها أي مجموعة أخرى بالمعنى الذيإنهوليس
تجدر الإشارة إلى أن التعريف الرسمي يشبه إلى حد كبير تعريف العنصر الأكبر في المجموعة المرتبة. ومع ذلك، عندماهو مجرد طلب مسبق، عنصريتصرف العنصر الذي يتمتع بالخاصية المذكورة أعلاه بشكل مشابه جدًا للعنصر الأقصى في الترتيب. على سبيل المثال، العنصر الأقصىليس الأمر فريدًا بالنسبة لـلا يستبعد ذلك إمكانية أن(بينماولا يعني ذلكبل مجرد لامبالاةإن مفهوم العنصر الأكبر في ترتيب التفضيل المسبق هو مفهوم الخيار الأكثر تفضيلاً . أي، بعضمع يشير إلى
ومن التطبيقات الواضحة تعريف مراسلات الطلب. لنفترضليكن فئة الدوال علىعنصريُطلق عليه اسم دالة السعر أو نظام السعر ، وهو يرسم خريطة لكل حزمة استهلاكيةفي قيمتها السوقيةتُعدّ مراسلات الميزانية مراسلات .رسم خريطة لأي نظام تسعير وأي مستوى دخل ضمن مجموعة فرعية
تُحدد علاقة الطلب أي سعروأي مستوى من الدخلفي مجموعة-العناصر القصوى لـ.
يُطلق عليها اسم مطابقة الطلب لأن النظرية تتنبأ بأنه بالنسبة لـوبالنظر إلى الخيار العقلاني للمستهلكسيكون هناك عنصر ما
مفاهيم ذات صلة
مجموعة فرعيةمن مجموعة مرتبة جزئياًيُقال إنها نهائية مشتركة إذا كان لكليوجد بعضبحيثيجب أن تحتوي كل مجموعة جزئية نهائية مشتركة لمجموعة مرتبة جزئياً ذات عناصر قصوى على جميع العناصر القصوى.
مجموعة فرعيةمن مجموعة مرتبة جزئياًويُقال إنها مجموعة دنيا منإذا كان مغلقًا للأسفل: إذاوثمكل مجموعة سفليةمن مجموعة مرتبة منتهيةيساوي أصغر مجموعة دنيا تحتوي على جميع العناصر القصوى من
انظر أيضاً
- أكبر عنصر وأصغر عنصر - مفهوم في الرياضيات
- الحد الأدنى والحد الأعلى - أكبر حد أدنى وأصغر حد أعلى
- الحدود العليا والسفلى - الحد الأكبر والحد الأصغر في الرياضيات
ملحوظات
- البراهين
- ↑ إذاوكلاهما أعظم، إذنووبالتاليعن طريق التناظر العكسي .
- ↑ إذاهو العنصر الأكبر منوثمبسبب التناظر العكسي ، ينتج عن ذلك (و) مستحيل.
- ↑ إذاإذا كان عنصرًا أقصى(لأنهو الأكبر) وبالتاليمنذهو الحد الأقصى.
- ↑ فقط إذا : انظر أعلاه. — إذا : افترض جدلاً أنيحتوي على عنصر أقصى واحد فقط،لكن ليس هناك عنصر أعظم. بما أنليس الأفضل، بعضيجب أن يوجد شيء لا يُضاهى بـلذلكلا يمكن أن يكون أقصى حد، أييجب الانتظار لبعض الوقتيجب أن يكون الأخير غير قابل للمقارنة بـأيضًا، لأنيتناقضأقصى حد بينمايتناقض ذلك مع عدم إمكانية المقارنةوبتكرار هذه الحجة، سلسلة تصاعدية لا نهائيةيمكن العثور على (بحيث يكون كللا يُقارن بـ(وليس الحد الأقصى). وهذا يتناقض مع شرط السلسلة التصاعدية.
- ↑ دعليكن عنصرًا أقصى، لأيأيضاًأوفي الحالة الثانية، يتطلب تعريف العنصر الأقصى ما يلي:وبناءً على ذلكبعبارة أخرى،هو عنصر عظيم.
- ↑ إذاكانت لا تُقارن، إذنسيكون له عنصران أقصى، ولكن ليس له عنصر أعظم، مما يناقض المصادفة.
- ↑ دعليكن أقصى.إذا كان اختيارياً، فإن الحد الأعلى المشتركلويرضي، لذابالحد الأقصى. بما أنيُعتبر هذا صحيحاً وفقاً لتعريفلدينا. لذلكهو العنصر الأعظم.
مراجع
- ↑ ريتشموند، بيتينا ؛ ريتشموند، توماس (2009)، انتقال منفصل إلى الرياضيات المتقدمة ، الجمعية الأمريكية للرياضيات، ص 181، ISBN 978-0-8218-4789-3.
- ↑ سكوت، ويليام ريموند (1987)، نظرية الزمر ( الطبعة الثانية)، دوفر، ص 22، ISBN 978-0-486-65377-8
- ↑ جيتش، توماس (2008) [نُشر أصلاً عام 1973]. بديهية الاختيار . منشورات دوفر . رقم ISBN 978-0-486-46624-8.
- نظرية النظام
