Einführung in das mathematische Arbeiten - an der Fakultät für ...
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88 5. ZAHLENMENGEN<br />
(m · n) + m = (n · m) + m = S(n) · m. Hier haben wir die Def<strong>in</strong>ition und BH5<br />
verwendet. Es ist also M = wegen Korollar 5.1.2.<br />
DG: ∀k, m, n ∈ : k · (m + n) = (k · m) + (k · n).<br />
Sei M = {k ∈ | ∀m, n ∈ : k · (m + n) = (k · m) + (k · n)}. D<strong>an</strong>n ist 0 ∈ M wegen<br />
0 · (m + n) = 0 = 0 + 0 = (0 · m) + (0 · n). Haben wir k ∈ M, so ist auch S(k) ∈ M<br />
wegen Def<strong>in</strong>itionen, Eigenschaften von + und BH4<br />
S(k) · (m + n) = (k · (m + n)) + (m + n) = (k · m) + (k · n) + m + n =<br />
= (k · m) + m + (k · n) + n = (S(k) · m) + (S(k) · n).<br />
Aus Korollar 5.1.2 erhalten wir M = .<br />
AG(·): ∀k, m, n ∈ : (k · m) · n = k · (m · n).<br />
Setzen wir diesmal M := {n ∈ | ∀k, m ∈ : (k · m) · n = k · (m · n)}. Es ist 0 ∈ M<br />
erfüllt, weil (k · m) · 0 = 0 = k · 0 = k · (m · 0). Ist nun n ∈ M und s<strong>in</strong>d k, m ∈<br />
beliebig, so rechnen wir nach dem zuvor bewiesenen<br />
(k · m) · S(n) = ((k · m) · n) + (k · m) = (k · (m · n)) + (k · m) =<br />
= k · ((m · n) + m) = k · (m · S(n)).<br />
Verwenden wir e<strong>in</strong> letztes Mal Korollar 5.1.2, so erhalten wir M = .<br />
Somit haben wir alle erfor<strong>der</strong>lichen Eigenschaften e<strong>in</strong>es kommutativen Halbr<strong>in</strong>gs mit 0 und<br />
1 nachgewiesen. □<br />
Die Vorr<strong>an</strong>gregel · vor + führen wir e<strong>in</strong>, um uns überflüssige Klammerung zu ersparen.<br />
Wir haben nun die natürlichen Zahlen mit ihren Rechenoperationen e<strong>in</strong>geführt. Wir lassen <strong>in</strong><br />
Zukunft auch <strong>das</strong> Multiplikationszeichen weg, wenn dadurch ke<strong>in</strong>e Zweideutigkeit entsteht.<br />
Theorem 5.1.7. Die Ordnungsrelation ≤ und die arithmetischen Operationen + und ·<br />
s<strong>in</strong>d verträglich.<br />
(1) ∀k, m, n ∈ : (m ≤ n ⇒ k + m ≤ k + n),<br />
(2) ∀k, l, m, n ∈ : ((m ≤ n ∧ k ≤ l) ⇒ k + m ≤ l + n),<br />
(3) ∀k, m, n ∈ : (n + k ≤ n + m ⇒ k ≤ m),<br />
(4) ∀k, m, n ∈ : (m ≤ n ⇒ km ≤ kn),<br />
(5) ∀k, m, n ∈ : ((n ≠ 0 ∧ nk ≤ nm) ⇒ k ≤ m).<br />
Beweis. Im gesamten Beweis def<strong>in</strong>ieren wir e<strong>in</strong>e Menge M und beweisen 0 ∈ M und<br />
die Implikation n ∈ M =⇒ S(n) ∈ M. D<strong>an</strong>n verwenden wir Korollar 5.1.2, um M = zu<br />
schließen.<br />
Zu Beg<strong>in</strong>n beweisen wir die Hilfsbehauptung ∀m, n ∈ : (m ≤ n ⇔ S(m) ≤ S(n))). Es<br />
gelten<br />
und<br />
m ≤ n ⇒ m ∈ n ∨ m = n ⇒ S(m) ⊆ n ∨ S(m) = S(n) ⇒<br />
⇒ (S(m) ⊆ S(n) ∧ S(m) ≠ S(n)) ∨ S(m) = S(n) ⇒<br />
⇒ S(m) ∈ S(n) ∨ S(m) = S(n) ⇒ S(m) ≤ S(n).<br />
S(m) ≤ S(n) ⇒ S(m) ∈ S(n) ∨ S(m) = S(n) ⇒ S(m) ∈ n ∪ {n} ∨ m = n ⇒<br />
⇒ S(m) ∈ n ∨ S(m) = n ∨ m = n ⇒ m ∈ n ∨ m = n ⇒ m ≤ n,<br />
was die Hilfsbehauptung zeigt.<br />
(1) M := {k ∈ | ∀m, n ∈ : (m ≤ n ⇒ k + m ≤ k + n)}. Trivial ist 0 ∈ M. Für<br />
k ∈ M wissen wir<br />
m ≤ n ⇒ k + m ≤ k + n ⇒ S(k + m) ≤ S(k + n) ⇒ S(k) + m ≤ S(k) + n.