Простейшие свойства упорядоченных полей.
Пусть – произвольное упорядоченное поле.
1. Для всяких элементов упорядоченного поля
из соотношений
вытекают, соответственно, следующие соотношения:
.
Доказательство. В самом деле, в силу условия (18),
.
Отсюда следует, что
.
Действительно,
.
Так как операция сложения во всяком поле однозначна, то
.
2. Для любых элементов упорядоченного поля
из соотношений
вытекают соответственно соотношения
,
если , и соотношения
,
если .
Доказательство. В силу условия (19),
.
Отсюда вытекает, что . Действительно,
Далее,
и
. В самом деле,
. Аналогично,
. Из однозначности операции умножения в любом поле
вытекает, что
.
3. Для всяких элементов упорядоченного поля
из соотношений
вытекают соответственно соотношения
.
Доказательство. Действительно, ,
,
.
4. Для любых элементов упорядоченного поля
из соотношений
вытекают соответственно соотношения
, если
, и соотношения
, если
.
Доказательство. Доказывается это свойство методом от противного. Докажем, например, что при из соотношения
вытекает соотношение
. Предположим, что
. Тогда, в силу 2,
, что невозможно, так как по условию
. Таким образом, предположение, что
приводит к противоречию. Следовательно,
. Аналогичные рассуждения проводятся и при рассмотрении всех других случаев.
5. Для любых элементов упорядоченного поля
из соотношений
вытекает соотношение
.
Доказательство. Ho
.
6. Для любых положительных элементов упорядоченного поля
из соотношений
вытекает соотношение
.
Доказательство. В силу условия 2 определения 1, ,
и, следовательно,
.
Определение. Модулем (или абсолютной величиной) элемента называют неотрицательный из элементов
и
. Иными словами, модуль элемента
– это сам элемент
, модуль элемента
– это противоположный элемент
. Модуль элемента
обозначают символом
.
В соответствии с определением 3 всегда
.
7. Для любых элементов упорядоченного поля
справедливо соотношение
.
Иногда это свойство формулируют следующим образом: модуль суммы конечного числа элементов упорядоченного поля не больше суммы модулей слагаемых.
Доказательство. При это свойство имеет место. Действительно, так как всегда
, то
. Если
, то
и, следовательно,
. Если же
, то
и поэтому
.
Следовательно, всегда .
Предположим теперь, что утверждение справедливо для , т.е.
. Тогда
, тe.
.
Таким образом, из предположения, что утверждение справедливо для , вытекает его справедливость и для
. Следовательно, в силу принципа математической индукции, оно справедливо для любого натурального
.
8. Для любых элементов упорядоченного поля
справедливо соотношение
.
Иными словами, модуль произведения конечного числа элементов упорядоченного поля равен произведению модулей сомножителей. Доказывается это свойство, как и предыдущее, методом математической индукции.
Теорема. Сумма квадратов конечного числа элементов упорядоченного поля , по крайней мере один из которых отличный от нуля, больше нуля.
Доказательство. Если , то и
. Если же
, то либо
, либо
. Поскольку
, то в обоих случаях, в силу свойства 2,
. Таким образом, если по крайней мере один из элементов
, отличный от нуля, то в сумме квадратов этих элементов каждое из слагаемых либо равно нулю, либо больше нуля, но хотя бы одно из них больше нуля. Следовательно, в силу свойства 1,
Следствие. Единичный элемент упорядоченного поля
больше нулевого элемента 0.
Доказательство. В самом деле.
Теорема. Всякое упорядоченное поле есть поле характеристики нуль.
Доказательство. Единичный элемент поля
больше нулевого элемента 0. Поэтому для любого натурального числа
кратное
.
Так как – положительный элемент и
, то
– отрицательный элемент, т. е.
. Следовательно,
при любом целом, отличном от нуля
, а это и означает, что
– поле характеристики нуль.