Proof
AB
T รับประกันความงง 100%
F
ใช้ภาษาเอเลี่ยน เข้าใจยาก
C
อ่านจบสลบคาโต๊ะ
ทฤษฎีบทคณิตศาสตร์
เซต, ตรรกศาสตร์,
จำนวนจริง
หนังสือราคาเป็นกันเอง (200,000 บาท) ผู้เขียน : Leo Suvijak Dowruang
1
บทที่ 1 เซต
ในวิชาคณิตศาสตร์ ใช้คำว่า “เซต” ในการกล่าวถึงกลุ่มของสิ่งต่างๆ และเมื่อกล่าวถึงกลุ่มใด
แล้วสามารถทราบไดแ้ น่นอนว่าส่ิงใดอยู่ในกลุม่ และส่งิ ใดไม่อยู่ในกลุ่ม เรยี กสิ่งท่ีอยู่ในเซตว่า “สมาชิก” คำว่า
“เป็นสมาชิกของ” หรือ “อยู่ใน” เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ “” คำว่า “ไม่เป็นสมาชกิ ของ” เขียนแทนด้วย
สัญลกั ษณ์ “” การเขยี นแสดงเซตมีสองแบบ คือ แบบแจกแจงสมาชกิ และแบบบอกเงอ่ื นไขของสมาชิก
เซตทไ่ี มม่ ีสมาชกิ เรยี กวา่ “เซตว่าง” เขยี นแทนดว้ ยสญั ลกั ษณ์ “ ” หรอื “ ”
เซตที่มีจำนวนสมาชิกเป็นจำนวนเต็มบวกใด ๆ หรือศูนย์ เรียกว่า “เซตจํากัด” เซตท่ีไม่ใช่เซต
จาํ กัด เรยี กวา่ “เซตอนันต์”
ในการเขียนเซตจะต้องกำหนดเซตท่ีบ่งบอกถึงขอบเขตของสิ่งที่จะพิจารณา เรียกเซตน้ีว่า
“เอกภพสัมพทั ธ์” ซึ่งมกั เขยี นแทนดว้ ย U เอกภพสมั พทั ธ์ท่ีพบบ่อย ไดแ้ ก่
แทนเซตของจำนวนนับ แทนเซตของจำนวนเต็ม
แทนเซตของจำนวนตรรกยะ ' แทนเซตของจำนวนอตรรกยะ
แทนเซตของจำนวนจริง
บทนยิ าม 1.1 1) A = B กต็ ่อเมอ่ื สมาชกิ ทุกตวั ของเซต A เป็นสมาชิกของเซต B และ สมาชกิ ทุกตวั ของ
เซต B เป็นสมาชกิ ของเซต A
2) A B ก็ต่อเม่ือมีสมาชิกอย่างน้อยหน่ึงตัวของเซต A ทไี่ มใ่ ช่สมาชิกของเซต B หรือมี
สมาชิกอย่างนอ้ ยหน่งึ ตัวของเซต B ทไี่ ม่ใช่สมาชกิ ของเซต A
บทนิยาม 1.2 1) เซต A เป็นสบั เซตของเซต B ก็ตอ่ เม่ือสมาชิกทุกตัวของเซต A เป็นสมาชกิ ของเซต B
เขียนแทนดว้ ย A B
2) เซต A ไม่เป็นสับเซตของเซต B ก็ต่อเมื่อมีสมาชิกอย่างน้อยหนึ่งตัวของเซต A ที่ไม่
เป็นสมาชิกของเซต B เขียนแทนด้วย A B
ทฤษฎบี ท 1.1 1) เซตทกุ เซตเปน็ สับเซตของตวั เอง น่ันคือ ถา้ เซต A เป็นเซตใด ๆ แลว้ A A
2) A B และ B A ก็ตอ่ เมื่อ A = B
พสิ จู น์ : 1.1.1) เน่ืองจาก A = A (เซตเดียวกนั ยอ่ มเท่ากนั )
จาก บทนยิ าม 1.1.1 จะไดว้ ่าสมาชกิ ทุกตัวของเซต A เป็นสมาชิกของเซต A
ดังนัน้ จาก บทนยิ าม 1.2.1 จงึ ไดส้ รปุ วา่ A A
1.1.2) เนื่องจาก A B และ B A จาก บทนิยาม 1.2.1 จะได้ว่า สมาชิกทุกตัวของเซต A เป็น
สมาชิกของเซต B และ สมาชิกทุกตัวของเซต B เป็นสมาชิกของเซต A ดงั น้นั จาก บทนิยาม 1.1.1 จึงได้
ว่า A = B ในทำนองเดียวกันถา้ A = B จะได้ A B และ B A เช่นกัน
จึงสรปุ ได้ว่า A B และ B A ก็ตอ่ เมอ่ื A = B
2
ทฤษฎบี ท 1.2 เปน็ สับเซตของทกุ เซต นัน่ คือ ถา้ A เปน็ เซตใด ๆ แล้ว A
ความรู้ทต่ี ้องมกี อ่ นอา่ นการพิสจู น์ : ตวั บง่ ปริมาณ (บทที่ 2 ตรรกศาสตร์)
พิสูจน์ : เนื่องจาก A หมายความว่า x[x → x A] พิจารณาประโยคเปิด x เนื่องจาก
ไม่มีสมาชกิ ดงั น้นั ไมว่ า่ จะแทน x ด้วยสมาชิกตัวใดใน U จะได้ประพจนเ์ ป็นเทจ็ เสมอ
จะได้ x[x → x A] x[F → x A] เราทราบมาแล้วว่าในประพจน์ F → q ไม่ว่า
q จะมีความจริงเป็น T หรือ F ประพจน์ F → q จะมีค่าความจริงเป็นจริงเสมอ ดังนั้นเมือ่ แทน x ด้วย
สมาชิกใน U ในประโยคเปดิ x[F → x A] จะได้ประพจน์ที่เปน็ จริงเสมอ นั่นคือ x[x → x A]
เป็นจรงิ จึงสรปุ ไดว้ า่ A เม่อื A เปน็ เซตใดๆ
จำนวนสมาชิกของเซต A เขียนแทนดว้ ย n(A)
เซตของสับเซตทั้งหมดของเซต A เรยี กว่า เพาเวอร์เซตของเซต A เขยี นแทนดว้ ย P(A)
ทฤษฎบี ท 1.3 ถ้าเซต A มีสมาชิก n ตวั แลว้ จะได้วา่ P(A) มสี มาชิก 2n ตวั
ความรู้ท่ีตอ้ งมีกอ่ นอา่ นการพสิ ูจน์ : การจดั หมู่ และทฤษฎีบททวินาม (บทที่ 11 หลกั การนบั เบ้อื งต้น)
คาดการณ์ : กำหนดให้ A1 = {a}, A2 = {a,b} และ A3 = {a,b,c}
จะได้ P(A1) = ,{a}, P(A2 ) = ,{a},{b},{a,b}
และ P(A3) = ,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b, c},{a,b, c}
จะพบวา่ n ( P(A1)) = 2 = 21, n ( P(A2 )) = 4 = 22 และ n ( P(A3)) = 8 = 23
เนื่องจาก n(A1) =1, n(A2) = 2 และ n(A3) = 3 จึงพอจะคาดการณ์ไดว้ า่ ถา้ เซต A มีสมาชกิ n ตวั แล้ว
P(A) มีสมาชกิ 2n ตวั
พิสจู น์ : ให้ A เปน็ เซตที่มีสมาชกิ n ตวั จะได้วา่ P(A) ประกอบไปด้วยสมาชกิ คอื เซตว่าง,
เซตท่ีมสี มาชิก 1 ตวั , เซตทม่ี ีสมาชิก 2 ตวั , เซตท่ีมสี มาชกิ 3 ตวั , …, เซตทม่ี สี มาชกิ n ตวั
ซึ่งจำนวนของเซตที่มีสมาชิก r ตัว โดยที่ r หาได้จากการจัดหมู่สมาชิกใน A จำนวน r ตัว จาก n
ตัว แลว้ รวมกนั เปน็ เซตใหมเ่ พ่ือไปอยู่ใน P( A) จึงได้ว่า n ( P( A)) = 1 + n + n + n + n
1 2 3 ... n
จากทฤษฎีบททวินาม เราทราบแลว้ วา่ (x +1)n = n x n + n x n−1 + n x n− 2 + n x n−3... + n
0 1 2 3 n
เมอื่ แทน x =1 จะได้ (1 + 1)n = n 1n + n 1n−1 + n 1n−2 + n 1n−3... + n
0 1 2 3 n
cนนั่ คือ 2n = n + n + n + n + n = 1+ n + n + n ... + n
0 1 2 3 ... n 1 2 3 n
ซง่ึ ก็เท่ากบั n(P(A)) ด้วย ดงั น้ัน n(P(A)) = 2n จงึ สรปุ ไดว้ ่า
ถา้ เซต A มสี มาชกิ n ตวั แลว้ จะไดว้ า่ P(A) มสี มาชกิ 2n ตวั
หรอื อาจเขียนได้อกี แบบวา่ n(P(A)) = 2n(A)
3
เรียกแผนภาพแสดงเซตว่า “แผนภาพเวนน์” การเขียนแผนภาพมักจะแทนเอกภพสัมพัทธ์ U
ดว้ ยรูปสี่เหลี่ยมผนื ผ้า ส่วนเซตอ่ืน ๆ ซง่ึ เป็นสบั เซตของ U อาจเขยี นแทนด้วยวงกลม วงรี หรอื รูปปิดใด ๆ
บทนิยาม 1.3 1) อินเตอรเ์ ซกชนั ของเซต A และเซต B เขียนแทนดว้ ย A B
โดยท่ี A B = {x | x A และ x B}
2) ยูเนยี นของเซต A และเซต B เขียนแทนด้วย A B
โดยท่ี A B = {x | x A หรอื x B}
ว
3) คอมพลีเมนต์ของเซต A เมื่อเทียบกับ U หรือคอมพลีเมนต์ของเซต A เขียนแทนด้วย
A โดยที่ A = {x | x U และ x A}
4) ผลต่างระหว่างเซต A และ B หมายถึง เซตที่มีสมาชิกอยู่ในเซต A แต่ไม่อยู่ในเซต
B เขียนแทนดว้ ย A − B โดยที่ A − B = {x | x A และ x B}
ให้ A, B และ C เป็นสับเซตของ U จะมสี มบัติหลกั ๆ ตามทฤษฎีบทต่อไปน้ี
ทฤษฎบี ท 1.4 1) A B = B A 10) A = U − A
2) A B = B A 11) (A) = A
3) (A B) C = A (B C) 12) A − (B C) = (A − B) (A − C)
4) (A B) C = A (B C) 13) A − (B C) = (A − B) (A − C)
5) A (B C) = (A B) (A C) 14) (A B) − C = (A − C) (B − C)
6) A (B C) = (A B) (A C) 15) (A B) − C = (A − C) (B − C)
7) (A B) = A B 16) = U และ U =
8) (A B) = A B 17) A − B = B − A
9) A − B = A B
18) A B ก็ต่อเม่ือ B A
ความรู้ทีต่ อ้ งมกี ่อนอ่านการพสิ จู น์ : บทท่ี 2 ตรรกศาสตร์ = สมบตั ิทใี่ ช้
พิสูจน์ : สมบัติทั้งหมดนี้สามารถพิสูจน์แบบคร่าว ๆ ได้ด้วยแผนภาพเวนน์ แต่ในที่นี้จะพิสูจน์โดยใช้
ตรรกศาสตรม์ าชว่ ย (ถ้าพอจะเข้าใจ concept แลว้ ลองพสิ ูจนด์ ว้ ยตนเองดูกอ่ นไดน้ ะครบั )
1.4.1) จาก A B = {x | x A x B} เนื่องจากประโยคเปิด x A x B x B x A นั่นคือ
A B = {x | x B x A} = B A P(x) Q(x) Q(x) P(x) จงึ สรุปไดว้ า่ A B = B A
1.4.2) จาก A B = {x | x A x B} เนื่องจากประโยคเปิด x A x B x B x A นั่นคือ
A B = {x | x B x A} = B A P(x) Q(x) Q(x) P(x) จงึ สรปุ ไดว้ ่า A B = B A
1.4.3) จาก (A B) C = {x | (x A x B) x C} เนอ่ื งจากประโยคเปดิ
(x A x B) x C x A (x B x C) [P(x) Q(x)] R(x) P(x) [Q(x) R(x)]
นั่นคือ (A B) C = {x | x A (x B x C)} จงึ สรุปได้วา่ (A B) C = A (B C)
1.4.4) จาก (A B) C = {x | (x A x B) x C} เนอ่ื งจากประโยคเปิด
(x A x B) x C x A (x B x C) [P(x) Q(x)] R(x) P(x) [Q(x) R(x)]
น่ันคือ (A B) C = {x | x A (x B x C)} จงึ สรปุ ได้ว่า (A B) C = A (B C)
4
1.4.5) จาก A (B C) = {x | x A (x B x C)} เนือ่ งจากประโยคเปิด
x A (x B x C) (x A x B) (x A x C) ห
P(x) [Q(x) R(x)] [P(x) Q(x)] [P(x) R(x)] s
นน่ั คือ A (B C) = {x | (x A x B) (x A x C)} = (A B) (A C) k
จงึ สรปุ ได้วา่ A (B C) = (A B) (AC)
1.4.6) จาก A (B C) = {x | x A (x B x C)} เน่ืองจากประโยคเปดิ
x A (x B x C) (x A x B) (x A x C) ห
P(x) [Q(x) R(x)] [P(x) Q(x)] [P(x) R(x)] s
นน่ั คือ A (B C) = {x | (x A x B) (x A x C)} = (A B) (A C) ไ
จึงสรปุ ได้วา่ A (B C) = (A B) (AC)
1.4.7) สัทพจนท์ ต่ี ้องรู้ก่อนพสิ จู น์ : x A ก็ต่อเม่อื x A
จาก A B = {x | x A x B} จะได้ (A B) = {x | (x A x B)} เนื่องจากประโยคเปิด
(x A x B) x A x B x A x B [P(x) Q(x)] [ P(x) Q(x)] d
นนั่ คอื (A B) = {x | x A x B} = A B จงึ สรปุ ไดว้ า่ (A B) = A B
1.4.8) สทั พจนท์ ี่ต้องรู้ก่อนพิสจู น์ : x A กต็ ่อเมือ่ x A
จาก A B = {x | x A x B} จะได้ (A B) = {x | (x A x B)} เนื่องจากประโยคเปิด
(x A x B) x A x B x A x B [P(x) Q(x)] [ P(x) Q(x)] d
นัน่ คือ (A B) = {x | x A x B} = A B จงึ สรุปไดว้ า่ (A B) = A B
1.4.9) จาก A − B = {x | x A x B} เนื่องจากประโยคเปิด x A x B x A x B
x B ก็ต่อเมื่อ x B น่นั คอื A − B = {x | x A x B} = A B จึงสรุปไดว้ ่า A − B = A B
1.4.10) จาก A = {x | x U x A} และจาก บทนยิ าม 1.3.4 จงึ สรุปไดว้ า่ A = U − A
1.4.11) สัทพจน์ทต่ี อ้ งรู้ก่อนพสิ ูจน์ : x A กต็ ่อเมื่อ x A
จาก (A) = {x | x U x A} สมมูลกบั (A) = {x | x U x A}
ซึง่ เท่ากับ U A = A จงึ สรุปได้ว่า (A) = A
ตั้งแต่ 1.4.12) จนถึง 1.4.15) สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้สมบัติเกี่ยวกับเซตที่เคยพิสูจน์ไว้แล้ว และต้องใช้
สมบัตอิ กี 2 อยา่ ง คอื A (B C) = (A B) (AC) และ A (B C) = (A B) (AC)
(ขอไม่พิสจู น์นะครบั แต่ลองพิสูจนเ์ องได้โดยอาจจะใชส้ มบตั ิเซตเดมิ หรือใช้ตรรกศาสตร์ก็ได้ครับ)
1.4.12) A − (B C) = A (B C) ทฤษฎบี ท 1.4.9
= A (B C) ทฤษฎบี ท 1.4.7
= (A B) (A C) A (B C) = (A B) (AC)
= (A − B) (A − C) ทฤษฎีบท 1.4.9
A − (B C) = (A − B) (A − C)
5
1.4.13) A − (B C) = A (B C) ทฤษฎบี ท 1.4.9
= A (B C) ทฤษฎีบท 1.4.8
= (A B) (A C) ทฤษฎีบท 1.4.6
= (A − B) (A − C) ทฤษฎบี ท 1.4.9
A − (B C) = (A − B) (A − C)
1.4.14) (A B) − C = (A B) C ทฤษฎบี ท 1.4.9
= C (A B) ทฤษฎีบท 1.4.2
= (C A) (C B) ทฤษฎีบท 1.4.6
= (A C) (B C) ทฤษฎบี ท 1.4.2
= (A−C)(B −C) ทฤษฎีบท 1.4.9
(A B) − C = (A − C) (B − C)
1.4.15) (A B) − C = (A B) C ทฤษฎบี ท 1.4.9
= C (A B) ทฤษฎีบท 1.4.2
= (C A) (C B) A (B C) = (A B) (AC)
= (A C) (B C) ทฤษฎีบท 1.4.2
= (A−C)(B −C) ทฤษฎบี ท 1.4.9
(A B) − C = (A − C) (B − C)
1.4.16) จาก = {x | x U x } ซงึ่ เท่ากับ U − = U บทนิยาม 1.3.4
และจาก U = {x | x U x U} ซงึ่ เท่ากับ U −U = บทนยิ าม 1.3.4
จึงสรุปได้ว่า = U และ U =
1.4.17) A − B = A B ทฤษฎบี ท 1.4.9
= (A) B ทฤษฎีบท 1.4.11
= B (A) ทฤษฎีบท 1.4.2
= B − A ทฤษฎบี ท 1.4.9
A − B = B − A
1.4.18) ถ้า A B หมายความวา่ xx A → x B จาก P(x) → Q(x) Q(x) → P(x)
จะได้วา่ xx A → x B xx B → x A xx B → x A x A ก็ตอ่ เมื่อ x A
น่ันคือ B A ในทำนองเดียวกันหากกำหนดให้ B A กส็ ามารถพสิ จู น์ได้ว่า A B เชน่ กนั
จงึ สรุปไดว้ า่ A B ก็ต่อเมื่อ B A
6
ถ้าเซต A, B และ C เป็นเซตจำกัดใด ๆ ที่มีจำนวนสมาชิกเป็น n( A), n(B) และ n(C)
ตามลำดับ แลว้ จะมีทฤษฎีบทดงั ต่อไปน้ี
ทฤษฎบี ท 1.5
1) n ( A B) = n ( A) + n ( B) − n ( A B)
2) n( A B C ) = n ( A) + n ( B) + n (C ) − n ( A B) − n ( A C ) − n (B C ) + n ( A B C )
พสิ จู น์ : สามารถพิสูจนท์ ฤษฎบี ท 1.5.1) ไดโ้ ดยใชแ้ ผนภาพเวนน์ ดงั น้ี
U
AB
จากแผนภาพ n( A B) = n( ) + n( ) + n( )
s = n( ) + n( ) + n( ) + n( ) − n( ) (บวก เขา้ ลบออก)
ฟ = [ n( ) + n( ) ] + [ n( ) + n( ) ] − n( ) (จดั กลุม่ )
S = n( A) + n(B) − n( A B)
n( A B) = n( A) + n(B) − n( A B)
1.5.2) เนือ่ งจาก n( A B C ) = n( A (B C )) (จดั กลุ่มเพื่อให้สามารถใช้ทฤษฎบี ท 1.5.1 ได)้
= n( A) + n(B C) − n( A(B C)) 1.5.1
= n( A) + n(B) + n(C) − n(B C) − n(A(B C)) 1.5.1
= n( A) + n(B) + n(C) − n(B C) − n(( A B)( AC)) 1.4.6
= n( A) + n ( B) + n (C ) − n (B C ) − n ( A B) + n ( A C ) − n (( A B) ( A C )) 1.5.1
= n ( A) + n ( B) + n (C ) − n ( B C ) − n ( A B) + n ( A C ) − n ( A B C ) A A = A
= n( A) + n(B) + n(C) − n(B C) − n( A B) − n( AC) + n( A B C)
= n( A) + n(B) + n(C) − n( A B) − n( AC) − n(B C) + n( A B C)
n( A B C) = n( A) + n(B) + n(C) − n( A B) − n( AC) − n(B C)+ n(A B C)
7
บทท่ี 2 ตรรกศาสตร์
ประพจน์ คือ ประโยคหรือข้อความที่เป็นจริงหรือเท็จอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น ซึ่งประโยค
หรือข้อความดังกล่าวจะอยู่ในรูปบอกเล่าหรือปฏิเสธก็ได้ ในตรรกศาสตร์เรียกการเป็น “จริง (T) ” หรือ
“เท็จ (F) ” ของแตล่ ะประพจน์ว่า “คา่ ความจรงิ ของประพจน์”
บทนยิ าม 2.1
ให้ p และ q เป็นประพจน์ใด ๆ เมื่อเชื่อมด้วยตัวเชื่อม “และ () ” “หรือ () ” “ถ้า...แล้ว...
(→) ” “ก็ต่อเมื่อ () ” และ “นิเสธ ( ) ” จะมีข้อตกลงเกี่ยวกับค่าความจริงของประพจน์ที่ได้จากการ
เชอื่ มประพจน์ p และ q โดยให้ T และ F แทนจรงิ และเทจ็ ตามลำดบั ดังน้ี
p q pq pq p→q pq
TT T T T T pp
TF F T F F TF
FT
FT F T T F
FF F F T T
ให้ p, q และ r เป็นประพจน์ซึ่งยังไม่กําหนดค่าความจริง จะเรียก p, q และ r ว่าเป็น ตัว
แปรแทนประพจน์ใด ๆ และเรียกประพจน์ที่มีตัวเชื่อม เช่น p, p q, p q, p → q, p q ว่า
“รปู แบบของประพจน”์
ถ้ารูปแบบของประพจน์สองรปู แบบใดมีค่าความจริงตรงกันกรณีต่อกรณี แล้วจะสามารถนําไปใช้
แทนกนั ได้ เรียกสองรูปแบบของประพจน์ดงั กล่าวว่าเป็น รปู แบบของประพจน์ท่สี มมลู () กนั
ทฤษฎบี ท 2.1 รปู แบบของประพจนท์ สี่ มมูลกนั ทค่ี วรทราบมดี งั น้ี
1) p ( p) 14) p → q p q
2) p q q p a 15) p → q q → p
3) p q q p a
16) ( p → q) p q
4) ( p q) p q 17) p q ( p → q) (q → p)
5) ( p q) p q 18) p q p q
6) p (q r ) ( p q) ( p r ) 19) p q q p
7) p (q r) ( p q) ( p r) 20) ( p q) p q
8) ( p q) r ( p r ) (q r ) 21) ( p q) p q
9) ( p q) r ( p r ) (q r ) 22) p → (q r ) ( p → q) ( p → r )
10) p (q r ) ( p q) ( p r ) 23) p → (q r ) ( p → q) ( p → r )
11) p (q r ) ( p q) ( p r ) 24) ( p q) → r ( p → r ) (q → r )
12) ( p q) r ( p r ) (q r ) 25) ( p q) → r ( p → r ) (q → r )
13) ( p q) r ( p r ) (q r ) 26) p p p p p
8
พิสูจน์ : สมบัติทั้งหมดนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้ตารางค่าความจริง ซึ่งก็จะเห็นวา่ ค่าความจริงตรงกนั ทกุ กรณี
หรือหากมีสมบัติมากเพียงพอ กอ็ าจจะนำสมบตั เิ ดิมท่ไี ดพ้ ิสูจน์ไวไ้ ปพิสูจนห์ าสมบตั ิใหม่ไดเ้ ชน่ กนั
2.1.1) pp ( p)
T p ( p)
TF
FT F
2.1.2) p q p q q p
TT T T
TF F F pqq p
FT F F
FF F F
2.1.3) p q p q q p
TT T T
TF T
FT T T pqq p
FF F T
F
2.1.4) p q p q ( pq) p q p q
TT T F FF F ( pq) p q
TF F T FT T
FT F T TF T
FF F T TT T
2.1.5) p q p q ( p q) p q p q
TT T F FF F ( p q) p q
TF T F FT F
FT T F TF F
FF F T TT T
2.1.6) p q r q r p q pr p (q r) ( pq)( pr)
TT T T T T T T
TT F T T F T T
TF T T F T T T
TF F F F F F F
FT T T F F F F
FT F T F F F F
FF T T F F F F
FF F F F F F F
p(qr) ( pq)( pr)
9
2.1.7) p q r qr pq pr p (q r) ( pq)( pr)
TT T T T T T T
TT F F T T T T
TF T F T T T T
TF F F T T T T
FT T T T T T T
FT F F T F F F
FF T F F T F F
FF F F F F F F
p(qr) ( pq)( pr)
2.1.8) ( p q) r r ( pq) ทฤษฎบี ท 2.1.3
(r p)(r q) ทฤษฎีบท 2.1.7
( pr)(qr) ทฤษฎบี ท 2.1.3
( p q) r ( p r)(q r)
2.1.9) ( p q) r r ( pq) ทฤษฎบี ท 2.1.2
(r p)(r q) ทฤษฎบี ท 2.1.6
( pr)(qr) ทฤษฎีบท 2.1.2
( p q) r ( p r)(q r)
2.1.10) p q r qr pq pr p(qr) ( pq)( pr)
TTT T T T T T
TTF F T F F F
TFT F F T F F
TFF F F F F F
FTT T F F F F
FTF F F F F F
FFT F F F F F
FFF F F F F F
หรืออาจใช้ ทฤษฎบี ท 2.1.26 มาช่วยก็ไดเ้ ชน่ กัน โดยทำดงั นี้
p(qr) ( p p)(qr) p p p
( p q) ( p r ) ทฤษฎบี ท 2.1.2
p(qr) ( pq)( pr)
2.1.11) p (q r ) ( p p) (q r ) ทฤษฎบี ท 2.1.26
( pq)( pr) ทฤษฎีบท 2.1.3
p(q r) ( p q)( p r)
10
2.1.12) ( p q) r ( p q) (r r ) ทฤษฎีบท 2.1.26
( pr)(qr) ทฤษฎบี ท 2.1.2
( p q) r ( p r)(q r) ทฤษฎบี ท 2.1.26
ทฤษฎีบท 2.1.3
2.1.13) ( p q) r ( p q) (r r )
( pr)(qr)
( p q) r ( p r)(q r)
2.1.14) p q p p→q pq
TT F T T p→q pq
TF F F F
FT T T T
FF T T T
2.1.15) p → q pq ทฤษฎีบท 2.1.14
p→q ทฤษฎบี ท 2.1.3
q p s ทฤษฎบี ท 2.1.1
( q) ps ทฤษฎีบท 2.1.14
q→ pด
q→ p
2.1.16) ( p → q) ( p q) ทฤษฎีบท 2.1.14
( p) q h ทฤษฎีบท 2.1.5
p q h ทฤษฎีบท 2.1.1
( p → q) p q
2.1.17) p q p → q q → p pq ( p → q)(q → p)
TT T T T T
F F
TF F T F F
T T
FT T F
FF T T
p q ( p → q)(q → p)
2.1.18) p q ( p → q)(q → p) s ทฤษฎบี ท 2.1.17
ทฤษฎบี ท 2.1.14
( q → p)( p → q) ทฤษฎบี ท 2.1.2
ทฤษฎบี ท 2.1.17
( p → q)( q → p)
p q s
pq p q
11
2.1.19) p q ( p → q)(q → p) ทฤษฎบี ท 2.1.17
(q → p)( p → q) ทฤษฎีบท 2.1.2
ทฤษฎบี ท 2.1.17
q p
pqq p
2.1.20) pq p q pq ( p q) pq p q
และ TT FF T F F F
TF FT F T T T
2.1.21) FT TF F T T T
FF TT T F F F
หรอื ถา้ การพสิ ูจนด์ ้วยตารางมันไมเ่ ร้าใจเอาซะเลย ก็สามารถพิสจู นโ์ ดยใชส้ มบตั ิเดิมได้ครับ แต่ตอ้ งรู้สมบัติเพ่ิม
อีก 2 ขอ้ คอื p p F (ต้องมีซักตวั เป็นเทจ็ แน่ ๆ พอไปเจอตวั เช่อื ม กเ็ ลยเป็น F ครับ)
p F p (ลองแทนดกู ไ็ ด้ครบั จะพบว่าเปน็ ประพจน์ p F มีค่าความจรงิ ตาม p เลยครบั )
( p q) ( p → q) (q → p) s ทฤษฎบี ท 2.1.17
( p q) ( q p) s ทฤษฎบี ท 2.1.14
ทฤษฎีบท 2.1.6
(( p q) q ( p q) p) s
( ) ( p q) (q q) ( p p) (q p) ทฤษฎบี ท 2.1.8
( p q) F F (q p) s
( ) p p F
( p qq p) s pF p
( p q) (q p) s ทฤษฎีบท 2.1.5
( p) ( q) q p s ทฤษฎีบท 2.1.4
( p) q q p s ทฤษฎีบท 2.1.1
( p → q)(q → p)s ทฤษฎีบท 2.1.14
pq s ทฤษฎีบท 2.1.17
( p → q)(q → p)s ทฤษฎบี ท 2.1.17
( p) q q p s ทฤษฎีบท 2.1.14
p q q p s ทฤษฎบี ท 2.1.1
p ( q) q p s ทฤษฎีบท 2.1.1
( q) p p q s ทฤษฎบี ท 2.1.3
( q → p)( p → q)s ทฤษฎบี ท 2.1.14
q p s ทฤษฎบี ท 2.1.17
p q s ทฤษฎบี ท 2.1.19
( p q) p q และ ( p q) p q
12
2.1.22) p → (q r ) p (q r) ทฤษฎบี ท 2.1.14
ทฤษฎบี ท 2.1.7
( pq)( pr) ทฤษฎบี ท 2.1.14
( p → q)( p → r)
p →(qr) ( p → q)( p → r)
2.1.23) p → (q r ) p (q r) ทฤษฎีบท 2.1.14
ทฤษฎีบท 2.1.11
( pq)( pr) ทฤษฎบี ท 2.1.14
( p → q)( p → r)
p →(q r) ( p → q)( p → r)
2.1.24) ( p q) → r ( p q) r ทฤษฎีบท 2.1.14
( p q) r ทฤษฎีบท 2.1.4
( pr)( qr) ทฤษฎีบท 2.1.13
( p → r)(q → r) ทฤษฎีบท 2.1.14
( p q) → r ( p → r)(q → r)
2.1.25) ( p q) → r ( p q) r ทฤษฎีบท 2.1.14
( p q) r ทฤษฎีบท 2.1.5
( pr)( qr) ทฤษฎบี ท 2.1.9
( p → r)(q → r) ทฤษฎีบท 2.1.14
( p q) → r ( p → r)(q → r)
2.1.26) p p p p p
TT T p p p p p
FF F
รปู แบบของประพจนท์ ีม่ ีค่าความจรงิ เปน็ จรงิ ทกุ กรณี เรยี กว่า สัจนิรันดร์
การอ้างเหตุผลคือ การอ้างว่า เมื่อมีประพจน์ p1, p2, ... , pn ชุดหนึ่ง แล้วสามารถสรุป
ประพจน์ C ประพจน์หนึ่งได้ การอ้างเหตุผลประกอบด้วยส่วนสำคัญสองส่วนคือ เหตุ หรือสิ่งที่กำหนดให้
ได้แก่ ประพจน์ p1, p2, ... , pn และ ผลหรือข้อสรุป คือ ประพจน์ C โดยใช้ตัวเชื่อม เชื่อมเหตุทั้งหมด
เขา้ ด้วยกนั และใช้ตวั เช่ือม → เช่ือมส่วนท่เี ป็นเหตกุ ับผลดังนี้
( p1 p2 ... pn ) → C
โดยการอา้ งเหตผุ ลน้ีจะสมเหตสุ มผลก็ตอ่ เม่อื รปู แบบของประพจน์ ( p1 p2 ... pn ) → C เปน็ สัจนริ นั ดร์
ประโยคเปิด คือ ประโยคบอกเล่าหรือประโยคปฏิเสธที่มีตัวแปร และเมื่อแทนตัวแปรด้วย
สมาชิกในเอกภพสัมพัทธ์ แล้วได้ประพจน์ โดยการสมมูลกันของประโยคเปิด ใช้หลักการเดยี วกันกับประพจน์
เชน่ P(x) Q(x) P(x) Q(x) , P(x) → Q(x) P(x) Q(x) ฯลฯ
13
เรยี ก “สำหรบั ...ทุกตวั ” และ “สำหรบั ...บางตัว” ว่า ตัวบ่งปรมิ าณ แทนด้วยสัญลักษณ์ และ
ตามลำดับ โดยใชส้ ญั ลักษณ์ x แทน สำหรบั x ทกุ ตวั และ x แทน สำหรบั x บางตวั
ถ้า P(x) เปน็ ประโยคเปิดที่มี x เป็นตัวแปร ค่าความจริงของ P(x) ทีม่ ีตัวบ่งปริมาณตัวเดียว
เปน็ ไปตามบทนิยาม 2.2 ดงั นี้
บทนิยาม 2.2
1) x P( x) มีค่าความจริงเป็นจริง ก็ต่อเมื่อ แทนตัวแปร x ใน P(x) ด้วยสมาชิกแต่ละตัวใน
เอกภพสมั พัทธ์ แล้วได้ประพจน์ทม่ี คี ่าความจรงิ เป็นจริงทง้ั หมด
2) x P( x) มีค่าความจริงเป็นเท็จ ก็ต่อเมื่อ แทนตัวแปร x ใน P(x) ด้วยสมาชิกอย่างน้อย
หนึ่งตัวในเอกภพสัมพัทธ์ แลว้ ได้ประพจน์ท่ีมคี ่าความจรงิ เปน็ เทจ็
3) x P( x) มีค่าความจริงเป็นจริง ก็ต่อเมื่อ แทนตัวแปร x ใน P(x) ด้วยสมาชิกอย่างน้อย
หนึ่งตวั ในเอกภพสัมพทั ธ์ แลว้ ได้ประพจนท์ ่มี ีคา่ ความจริงเปน็ จริง
4) x P( x) มีค่าความจริงเป็นเท็จ ก็ต่อเมื่อ แทนตัวแปร x ใน P(x) ด้วยสมาชิกแต่ละตัวใน
เอกภพสัมพัทธ์ แลว้ ไดป้ ระพจนท์ ่ีมีคา่ ความจริงเปน็ เท็จท้งั หมด
ทฤษฎบี ท 2.2 3) x P ( x) x P ( x)
4) x P ( x) x P ( x)
1) x P ( x) x P ( x)
2) x P ( x) x P ( x)
2.2.1) x P ( x) x P ( x)
พสิ จู น์ : กรณที ่ี 1 สมมตวิ า่ x P ( x) เปน็ จรงิ จะได้ x P ( x) เปน็ เทจ็ จาก บทนิยาม 2.2.2
จะได้วา่ มีสมาชกิ บางตัวใน U ทนี่ ำไปแทน x ใน P(x) แล้วไดป้ ระพจน์ท่ีเป็นเท็จ
หรืออาจเขียนไดอ้ กี แบบวา่ มีสมาชิกบางตัวใน U ท่ีนำไปแทน x ใน P( x) แล้วได้ประพจน์ที่เป็นจรงิ
ดงั น้ันจาก บทนยิ าม 2.2.3 ทำให้ได้ว่า x P ( x) เปน็ จรงิ
กรณีท่ี 2 สมมตวิ ่า x P ( x) เปน็ เท็จ จะได้ x P ( x) เปน็ จรงิ จาก บทนิยาม 2.2.1
จะได้วา่ เมอื่ นำสมาชิกแต่ละตัวใน U ไปแทน x ใน P(x) แลว้ ไดป้ ระพจน์ที่เป็นจริง
หรืออาจเขยี นได้อีกแบบวา่ เมอ่ื นำสมาชกิ แตล่ ะตวั ใน U ไปแทน x ใน P( x) แลว้ ไดป้ ระพจน์ทีเ่ ปน็ เท็จ
ดังนัน้ จาก บทนิยาม 2.2.4 ทำใหไ้ ด้วา่ x P ( x) เปน็ เท็จ
จากทง้ั สองกรณจี ะพบว่า เม่ือ x P( x) เปน็ จรงิ แลว้ x P ( x) เป็นจรงิ ตาม
และเม่ือ x P( x) เป็นเท็จ แล้ว x P ( x) เปน็ เท็จตาม
จึงสรุปไดว้ ่า x P ( x) x P ( x)
14
2.2.2) x P ( x) x P ( x)
พิสูจน์ : กรณีที่ 1 สมมติว่า x P ( x) เปน็ จริง จะได้ x P ( x) เป็นเทจ็ จาก บทนิยาม 2.2.4
จะได้ว่า เมอื่ นำสมาชิกแต่ละตัวใน U ไปแทน x ใน P(x) แล้วไดป้ ระพจนท์ เี่ ป็นเท็จ
หรืออาจเขียนได้อกี แบบว่า เมือ่ นำสมาชิกแตล่ ะตวั ใน U ไปแทน x ใน P( x) แล้วไดป้ ระพจนท์ ่ีเป็นจริง
ดังน้ันจาก บทนิยาม 2.2.1 ทำใหไ้ ดว้ ่า x P ( x) เป็นจรงิ
กรณีที่ 2 สมมติว่า x P ( x) เป็นเท็จ จะได้ x P ( x) เป็นจริง จาก บทนยิ าม 2.2.3
จะไดว้ า่ มีสมาชกิ บางตวั ใน U ที่นำไปแทน x ใน P(x) แลว้ ได้ประพจนท์ ี่เป็นจรงิ
หรอื อาจเขียนไดอ้ กี แบบว่ามสี มาชกิ บางตัวใน U ทีน่ ำไปแทน x ใน P( x) แล้วได้ประพจนท์ ีเ่ ป็นเทจ็
ดงั นั้นจาก บทนยิ าม 2.2.2 ทำใหไ้ ดว้ ่า x P ( x) เปน็ เทจ็
จากทัง้ สองกรณีจะพบวา่ เม่ือ x P( x) เป็นจริง แลว้ x P( x) เปน็ จริงตาม
และเม่ือ x P ( x) เปน็ เทจ็ แล้ว x P( x) เปน็ เท็จตาม
จงึ สรปุ ไดว้ ่า x P ( x) x P ( x)
2.2.3) x P ( x) x P ( x) ทฤษฎีบท 2.2.1
ทฤษฎีบท 2.1.1
พิสูจน์ : x P ( x) x ( P ( x))
x P ( x)
x P ( x) x P ( x)
2.2.4) x P ( x) x P ( x) ทฤษฎีบท 2.2.2
ทฤษฎีบท 2.1.1
พสิ จู น์ : x P ( x) x ( P ( x))
x P ( x)
x P ( x) x P ( x)
15
บทท่ี 3 จำนวนจรงิ
แผนผงั แสดงความสมั พันธ์ของจำนวนชนิดตา่ ง ๆ เป็นดังนี้
แผนผังแสดงจำนวนชนิดต่ำง ๆ จำนวนเชงิ ซอ้ น ( )
จำนวนจรงิ ( ) จำนวนเชงิ ซ้อนทไี่ ม่ใช่จำนวนจรงิ
จำนวนอตรรกยะ ( ') จำนวนตรรกยะ ( )
จำนวนเต็ม ( ) จำนวนตรรกยะที่ไม่ใชจ่ ำนวนเต็ม
จำนวนเตม็ บวก/จำนวนนับ ( + / ) จำนวนเตม็ ศนู ย์ (0) จำนวนเต็มลบ ( − )
ระบบจำนวนจริงประกอบด้วย และการดำเนินการ ไดแ้ ก่ การบวก และการคูณ ( ,+,)
สัทพจน์ 3.1 : กำรเทำ่ กันของระบบจำนวนจรงิ
1) กฎการสะทอ้ น (reflexive law) สำหรับจำนวนจรงิ a จะได้วา่ a = a
2) กฎการสมมาตร (symmeric law) สำหรับจำนวนจรงิ a และ b ถ้า a = b แลว้ b = a
3) กฎการถา่ ยทอด (transitive law) สำหรบั จำนวนจริง a, b และ c ถ้า a = b และ b = c แล้ว a = c
สทั พจน์ 3.2 : สัทพจนเ์ ชงิ พชี คณิต
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริง จะได้วา่
สมบตั ิ การบวก การคณู
สมบัติปดิ a+b ab
สมบัตกิ ารสลบั ท่ี a+b = b+a ab = ba
สมบัติการเปล่ียนหมู่
(a +b)+ c = a +(b + c) (ab) c = a (bc)
สมบัติการมีเอกลักษณ์ a+0 = a = 0+a a 1 = a = 1 a
(เรียก 0 วา่ “เอกลักษณก์ ารบวก”) (เรียก 1 ว่า “เอกลักษณก์ ารคณู ”)a
สมบตั กิ ารมีตัวผกผนั a + (−a) = 0 = (−a) + a ถ้า a 0 แล้ว a a−1 = 1 = a−1 a
(เรยี ก −a วา่ “อินเวอร์สการบวก”) (เรียก a−1 วา่ “อินเวอรส์ การคูณ”)
สมบัตกิ ารแจกแจง a (b + c) = ab + ac และ (a + b)c = ac + bc
*สัจพจน์ (axiom) ในทางคณิตศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ หมายถึงข้อความที่ยอมรับว่าเป็นจริงโดยไม่ต้อง
พิสูจน์ ซึ่งตรงข้ามกับคำว่า "ทฤษฎีบท" ซึ่งจะถูกยอมรับว่าเป็นจรงิ ได้ก็ต่อเมื่อมีการพิสูจน์ (ซึ่งนี่ก็เป็นเหตุผลที่
ไฟล์นี้ไม่ได้แสดงการพิสูจน์ให้เหมือนกับทฤษฎีบทครับ แต่สัจพจน์จะถูกใช้เป็นจุดเริ่มต้นในการพิสูจน์ทาง
คณติ ศาสตร์ และทฤษฎบี ททุกอันต่อ ๆ ไปครับ)
16
สทั พจน์ 3.3 : สัทพจน์เชิงอนั ดับ
มสี ับเซต + ของ ซง่ึ สอดคล้องกบั เงอ่ื นไขทุกข้อต่อไปนี้
1) ถ้า a, b + แลว้ a + b + (สมบัติปดิ การบวก)
2) ถา้ a, b + แล้ว ab + (สมบัตปิ ิดการคูณ)
3) สำหรับจำนวนจรงิ a ใด ๆ a + หรอื a = 0 หรือ −a + จเพยี งอย่างใดอยา่ งหนึ่ง (สมบตั ิไตรวภิ าค)
จากสัทพจน์ของระบบจำนวนจริงทีก่ ล่าวมา เพยี งพอที่จะพสิ ูจนท์ ฤษฎบี ทตอ่ ไปนี้
g
ทฤษฎีบท 3.1 กฎกำรตดั ออกสำหรับกำรบวก
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริง จะได้วา่
1) ถา้ a + c = b + c แล้ว a = b
2) ถา้ a + b = a + c แลว้ b = c
พสิ ูจน์ : 3.1.1) ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยที่ a + c = b + c
จะได้ (a + c) + (−c) = (b + c) + (−c) (การบวกด้วยจำนวนท่เี ท่ากัน ทง้ั สองข้างกย็ ังเท่ากันอยู่)
a + (c + (−c)) = b + (c + (−c)) (สมบตั ิการเปลย่ี นหมูข่ องการบวก)
a+0 = b+0 (สมบัตกิ ารมี inverse การบวก)
a= b (สมบัติการมีเอกลักษณก์ ารบวก)
ถา้ a + c = b + c แลว้ a = b
3.1.2) ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ โดยท่ี a + b = a + c
จะได้ b + a = c + a (สมบตั กิ ารสลบั ทีก่ ารบวก)
b=c ทฤษฎีบท 3.1.1
ถา้ a + b = a + c แลว้ b = c
ทฤษฎีบท 3.2 กฎกำรตัดออกสำหรับกำรคูณ
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริง จะไดว้ ่า
1) ถ้า ac = bc และ c 0 แลว้ a = b
2) ถ้า ab = ac และ a 0 แลว้ b = c
พสิ ูจน์ : 3.2.1) ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยที่ ac = bc และ c 0
จะได้ (ac)c−1 = (bc)c−1 (การคูณดว้ ยจำนวนทเ่ี ทา่ กนั ท้ังสองข้างก็ยงั เท่ากนั อย)ู่
( )a cc−1 = ( )b cc−1 (สมบตั ิการเปลย่ี นหมู่ของการคูณ)
a 1 = b1 (สมบัตกิ ารมี inverse การคูณ)
a= b (สมบัติการมเี อกลักษณก์ ารคณู )
ถ้า ac = bc และ c 0 แลว้ a = b
17
3.2.2) ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยท่ี ab = ac และ a 0
จะได้ ba = ca (สมบตั ิการสลบั ท่ีการคณู )
b=c ทฤษฎีบท 3.2.1
ถ้า ab = ac และ a 0 แลว้ b = c
ทฤษฎีบท 3.3
ให้ a เปน็ จำนวนจรงิ จะไดว้ า่ a 0 = 0
พิสจู น์ : ให้ a เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ
จาก 0 + 0 = 0
a(0 + 0) = a 0 (การคณู ดว้ ยจำนวนที่เทา่ กนั ทงั้ สองข้างกย็ ังเท่ากนั อย)ู่
a 0 + a 0 = a 0 (สมบตั ิการแจกแจง)
a 0 + a 0 = a 0 + 0 (สมบตั กิ ารมีเอกลักษณ์การบวก)
a0 = 0 ทฤษฎบี ท 3.1.2
ให้ a เป็นจำนวนจริง จะได้ว่า a 0 = 0
ทฤษฎบี ท 3.4
ให้ a เป็นจำนวนจริง จะไดว้ ่า (−1) a = −a
พิสจู น์ : ให้ a เปน็ จำนวนจริงใด ๆ (สมบตั กิ ารมีเอกลกั ษณ์การคณู )
จาก a + (−1) a = 1a + (−1) a (สมบตั ิการแจกแจง)
(สมบัติการมี inverse การบวก)
a + (−1) a = (1+ (−1)) a (สมบัตกิ ารสลบั ทก่ี ารคูณ)
ทฤษฎบี ท 3.3
a + (−1) a = 0 a (สมบตั ิการมี inverse การบวก)
a + (−1) a = a 0 ทฤษฎีบท 3.1.2
a + (−1) a = 0
a + (−1) a = a + (−a)
(−1) a = (−a)
ให้ a เป็นจำนวนจริง จะได้วา่ (−1) a = −a
ทฤษฎบี ท 3.5
ให้ a และ b เป็นจำนวนจริง จะได้วา่
1) a (−b) = −ab
2) (−a)b = −ab
3) (−a)(−b) = ab
18
พิสจู น์ : ให้ a และ b เป็นจำนวนจริงใด ๆ
3.5.1) จาก a0 = 0 ทฤษฎีบท 3.3
a (b + (−b)) = 0 (สมบตั กิ ารมี inverse การบวก)
ab + a (−b) = 0 (สมบัตกิ ารแจกแจง)
ab + a (−b) + (−ab) = 0 + (−ab) (การบวกดว้ ยจำนวนทีเ่ ท่ากนั )
(−ab) + ab + a (−b) = 0 + (−ab) (สมบัตกิ ารสลับทีก่ ารบวก)
(−ab) + ab + a (−b) = 0 + (−ab) (สมบตั ิการเปลยี่ นหมกู่ ารบวก)
(สมบัตกิ ารมี inverse การบวก)
0 + a (−b) = 0 + (−ab)
0 a (−b) = −ab (สมบตั กิ ารมีเอกลกั ษณ์การบวก)
ให้ a และ b เปน็ จำนวนจรงิ จะได้วา่ a(−b) = −ab
3.5.2) จาก (−a)b = b(−a) (สมบตั ิการสลบั ท่กี ารคูณ)
= −ba ทฤษฎบี ท 3.5.1
= −ab (สมบัตกิ ารสลับทีก่ ารคูณ)
ให้ a และ b เปน็ จำนวนจริง จะไดว้ ่า (−a)b = −ab
3.5.3) จาก (−a)0 = 0 ทฤษฎบี ท 3.3
(−a) b + (−b) = 0 (สมบตั กิ ารมี inverse การบวก)
(−a)b + (−a)(−b) = 0 (สมบตั กิ ารแจกแจง)
−ab + (−a)(−b) = 0 ทฤษฎบี ท 3.5.2
−ab + (−a)(−b) + ab = 0 + ab (การบวกด้วยจำนวนที่เทา่ กัน)
ab + −ab + (−a)(−b) = 0 + ab (สมบัติการสลบั ทก่ี ารบวก)
ab + (−ab) + (−a)(−b) = 0 + ab (สมบัติการเปลย่ี นหมู่การบวก)
(สมบตั กิ ารมี inverse การบวก)
0 + (−a)(−b) = 0 + ab
0 (−a)(−b) = ab (สมบัตกิ ารมเี อกลักษณ์การบวก)
ให้ a และ b เปน็ จำนวนจรงิ จะได้วา่ (−a)(−b) = ab
ทฤษฎบี ท 3.6
ให้ a และ b เป็นจำนวนจริง จะไดว้ ่า ab = 0 กต็ ่อเม่อื a = 0 หรอื b = 0
พิสูจน์ : ถ้า a 0 และ b 0 จาก สัทพจน์ 3.3.3 จะได้ว่า a + หรือ −a + และ b + หรือ
−b + ดังนั้นจาก ทฤษฎีบท 3.5 จะพบว่าเป็นไปได้ 2 กรณีเท่านั้นคือ ab + หรือ −ab + น่ัน
คอื ab 0 สรุปไดว้ ่า ถ้า a 0 และ b 0 แลว้ ab 0 ซงึ่ จาก ทฤษฎีบท 2.1.15 ประโยคเปิดน้ีสมมูล
กับ ถ้า ab = 0 แล้ว a = 0 หรือ b = 0 ในทำนองเดียวกันถ้า a = 0 หรือ b = 0 จาก ทฤษฎีบท 3.3
สามารถสรปุ ไดว้ ่า ab = 0 เช่นกัน จงึ สรุปได้ว่า ab = 0 กต็ ่อเมื่อ a = 0 หรอื b = 0
19
ที่ผ่านมา ในระบบจำนวนจริงกล่าวถึงการดำเนินการเฉพาะการบวกและการคูณ แต่จะสามารถ
นยิ ามการลบการหารระหวา่ งจำนวนจริง โดยใช้ตัวผกผนั การบวกและตัวผกผันการคูณตามลำดับ ได้ดังน้ี
บทนิยำม 3.1
ให้ a และ b เปน็ จำนวนจรงิ a ลบดว้ ย b เขียนแทนดว้ ย a − b โดยท่ี a − b = a + (−b)
บทนิยำม 3.2
ให้ a และ b เปน็ จำนวนจรงิ โดยท่ี b 0 , a หารด้วย b เขยี นแทนดว้ ย a โดยที่ a = a b−1
bb
จากบทนยิ าม จะได้ 1 = 1b−1 = b−1 ดงั นน้ั a = a b−1 = a 1
b bb
จากบทนยิ าม ทฤษฎีบท และสทั พจน์ต่าง ๆ สามารถนำไปพสิ จู นท์ ฤษฎบี ทต่อไปน้ี
ทฤษฎบี ท 3.7
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจริง จะได้ว่า
1) a (b − c) = ab − ac
2) (a − b) c = ac − bc
พิสูจน์ : ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ
3.7.1) จาก a (b − c) = a b + (−c) บทนยิ ำม 3.1
= ab + a (−c)
(สมบัตกิ ารแจกแจง)
= ab + (−ac) ทฤษฎีบท 3.5.1
= ab − ac บทนิยำม 3.1 d
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจริง จะไดว้ ่า a (b − c) = ab − ac
3.7.2) จาก (a − b)c = c (a − b) (สมบัติการสลบั ทก่ี ารคูณ)
ทฤษฎบี ท 3.7.1
= ca − cb
= ac − bc (สมบัตกิ ารสลบั ท่ีการคูณ)
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริง จะไดว้ ่า (a − b)c = ac − bc
ทฤษฎีบท 3.8
ให้ a เป็นจำนวนจริง ถ้า a 0 แลว้ a−1 0 และ ถา้ a 0 แล้ว a−1 0
ทฤษฎีบททีใ่ ช้พิสจู น์ : ทฤษฎบี ท 3.15.3 หน้า 28 และสมบัตติ า่ ง ๆ เก่ียวกบั การไมเ่ ท่ากันของจำนวนจรงิ
พิสูจน์ : สำหรับกรณที ่ี a 0 สมมตใิ ห้ a−1 0 หรือ a−1 = 0 จะได้ ( )a a−1 0 พบว่า 1 0 ซึ่งเป็นเท็จ
และจะได้ ( )a a−1 = 0 พบวา่ 1 = 0 ซึง่ เปน็ เท็จ ดังนั้นจงึ เป็นไปไม่ไดท้ ี่ a−1 0 จึงทำให้ไดว้ า่ a−1 0
ส่วนกรณีที่ a 0 สมมติให้ a−1 0 หรือ a−1 = 0 จะได้ ( )a a−1 0 พบว่า 1 0 ซึ่งเป็นเท็จ และ
จะได้ ( )a a−1 = 0 พบวา่ 1 = 0 ซง่ึ เป็นเท็จ ดังน้ันจงึ เปน็ ไปไมไ่ ดท้ ่ี a−1 0 จึงทำให้ไดว้ า่ a−1 0
จงึ สรปุ ไดว้ า่ ถ้า a 0 แลว้ a−1 0 และ ถ้า a 0 แล้ว a−1 0
จากทฤษฎบี ทนจ้ี ะทำใหไ้ ดว้ า่ ถ้า a 0 แล้ว a−1 0 อกี ด้วย
20
ทฤษฎีบท 3.9
ให้ a, b, c และ d เป็นจำนวนจริง จะได้วา่
a เมอื่ b 0 และ c 0
1) b = a เมอื่ b 0 และ c 0
เมอื่ b 0 และ d 0
c bc เมอ่ื b 0 และ d 0
เมื่อ a 0 และ b 0
2) a = ac
b bc เมอ่ื b 0, c 0 และ d 0
3) a + c = ad + bc
b d bd
4) a c = ac
b d bd
5) a −1 = b
b a
a
6) b = ad
c bc
d
พสิ ูจน์ : 3.9.1) ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจริงใด ๆ โดยที่ b 0 และ c 0
จะได้ a ( )= a b−1c−1 บทนยิ ำม 3.2
( )= ab−1 c−1
bc (สมบัติการเปลยี่ นหมูก่ ารคูณ)
( )ab−1 บทนิยำม 3.2
บทนิยำม 3.2
=
c
a
= b
c
a
b = a เมอื่ b 0 และ c 0
c bc
3.9.2) ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ โดยท่ี b 0 และ c 0
จะได้ ac ( )= ac b−1c−1 บทนิยำม 3.2
bc ( )= ac c b−1 −1 (สมบัติการสลบั ทกี่ ารคณู )
( )= a cc−1 b−1 (สมบัตกิ ารเปลย่ี นหมกู่ ารคูณ)
(สมบตั กิ ารมี inverse การคูณ)
= a 1b−1 (สมบตั ิการมเี อกลักษณ์การคณู )
= a b−1
=a บทนยิ ำม 3.2
b
a = ac เมอื่ b 0 และ c 0
b bc
21
3.9.3) ให้ a, b, c และ d เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ โดยที่ b 0 และ d 0
จะได้ ( )ad + bc = (ad + bc) b−1d −1 บทนิยำม 3.2
bd
( ) ( )= ad b−1d −1 + bc b−1d −1 (สมบตั ิการแจกแจง)
( ) ( )= ad d b−1 −1 + cb b−1d −1 (สมบตั กิ ารสลบั ทก่ี ารคูณ)
( ) ( )= a dd −1 b−1 + c bb−1 d −1 (สมบัตกิ ารเปลย่ี นหม่กู ารคณู )
= a 1 b−1 + c 1 d −1 (สมบัติการมี inverse การคูณ)
= a b−1 + c d −1 (สมบัติการมเี อกลักษณ์การคณู )
= a+c บทนิยำม 3.2
bd
a + c = ad + bc เมื่อ b 0 และ d 0
b d bd
3.9.4) ให้ a, b, c และ d เป็นจำนวนจริงใด ๆ โดยท่ี b 0 และ d 0
จะได้ a c = ( )( )ab−1 cd −1 บทนิยำม 3.2
b d
(สมบัติการเปลยี่ นหมกู่ ารคณู )
= ab−1cd −1 (สมบัตกิ ารสลบั ทีก่ ารคูณ)
(สมบัตกิ ารเปลย่ี นหมูก่ ารคณู )
= acb−1d −1
( )= ac b−1d −1
= ac บทนิยำม 3.2
bd
a c = ac เมื่อ b0 และ d 0
b d bd
3.9.5) ให้ a และ b เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ โดยที่ a 0 และ b 0
a −1 ab−1 −1
b
( )จะได้ = บทนิยำม 3.2
=1 บทนิยำม 3.2
ab−1
ทฤษฎบี ท 3.9.2
= 1b (สมบตั กิ ารเปลยี่ นหมู่การคณู )
ab−1 b (สมบัตกิ ารมี inverse การคูณ)
(สมบตั ิการมเี อกลักษณ์การคณู )
( )= 1b
a b−1 b
= 1b
a 1
=b
a
a −1 = b เม่อื a0 และ b0
b a
เสรมิ สูตรทีใ่ ชบ้ ่อย : − a = − ((a) b−1) = (−a)(b−1 ) = −a = a (−b−1 ) = a ดงั นั้น − a = −a = a
b b −b b b −b
22
3.9.6) ให้ a, b, c และ d เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยที่ b 0, c 0 และ d 0
a a c −1
จะได้ b = b d
c c c −1 ทฤษฎบี ท 3.9.2
d d d
a c −1 (สมบัตกิ ารมี inverse การคูณ)
= b d
1
= a c −1 1−1 บทนิยำม 3.2
b d
= a c −1 1 (1−1 = 1 = 1)
b d
1
= a c −1 (สมบตั ิการมเี อกลกั ษณ์การคณู )
b d
= a d ทฤษฎีบท 3.9.5
b c
= ad ทฤษฎบี ท 3.9.4
bc
a
b = ad เม่อื b 0, c 0 และ d 0
c bc
d
ต่อไปจะเป็นการกล่าวถึงสัทพจน์ และพิสูจน์ทฤษฎีบทในเนื้อหาของทฤษฎีจำนวนบางส่วนท่ี
จำเป็นต้องใชใ้ นการพสิ ูจน์ทฤษฎีบทขนั้ ตอนวิธีการหารสำหรบั พหุนาม
สัทพจน์ 3.4 : หลักกำรจัดอันดับดี (Well ordering principle)
ให้ S และ S จะไดว้ า่ มี x S ซ่งึ x a สำหรบั ทกุ a S
(สทั พจน์น้ีต้องการสือ่ วา่ ถา้ S เป็นสบั เซตของจำนวนนับ และไมเ่ ป็นเซตว่าง S จะมสี มาชกิ ท่ีมีค่านอ้ ยทสี่ ดุ )
ทฤษฎบี ท 3.10 : ข้นั ตอนวธิ กี ำรหำร (The division algorithm)
ให้ a และ b เป็นจำนวนเต็ม โดยท่ี b 0 แล้วจะมีจำนวนเต็ม q และ r เพยี งค่เู ดยี วเทา่ นน้ั ทท่ี ำให้
a = bq + r โดยท่ี 0 r b จะเรยี ก a ว่า ตัวตั้ง, เรียก b วา่ ตวั หาร
เรียก q วา่ ผลหาร (quotient) และเรียก r วา่ เศษ (remainder)
ควำมรู้ที่ต้องมกี อ่ นอ่ำนบทพิสูจน์ : ทฤษฎบี ทเก่ยี วกับอสมการและค่าสมั บูรณ์ ตัง้ แตห่ นา้ 28 เป็นต้นไป
คำแนะนำ : บทพิสจู นข์ องทฤษฎีบทน้ี บอกตามตรงเลยครบั ว่าอ่านยากมาก ๆ ไม่แปลกที่จะงงในหลาย ๆ สว่ น
ดงั นัน้ สามารถเขา้ ไปคลปิ นปี้ ระกอบการพิสจู นเ์ พ่ือความเข้าใจมากข้ึนไดค้ รับ https://youtu.be/p9lJqI6xf-I
ต้งั สติก่อนอำ่ น แล้วเร่มิ กันเลยครับ
23
บทพสิ จู นท์ ฤษฎีบทข้ันตอนวธิ กี ำรหำร
ตอนท่ี 1 พสิ ูจนว์ ่ามี q, r ทท่ี ำให้ a = bq + r โดยที่ 0 r b โดยจะแบง่ การพิสูจน์เปน็ 2 กรณี คือ
b 0 และ b 0 (สำหรบั กรณที ่ี b = 0 ไม่ตอ้ งกลา่ วถงึ เนื่องจากไดก้ ำหนดให้ b 0 เอาไว้ สว่ นสาเหตทุ ี่
b 0 นน่ั กเ็ พราะ b เป็นตวั หาร หาก b = 0 กจ็ ะทำให้การหารนั้นไม่มนี ิยาม b จงึ ไม่เทา่ กับ 0 )
กรณที ่ี 1 ถา้ b 0 แลว้ b = b
ให้ S = a − bx | x a − bx 0 (สรา้ งข้ึนมาเพือ่ พิสจู น์วา่ เซตนมี้ ีสมาชิก)
เนื่องจาก b 0 และ b จะได้ b 1 (b ไมเ่ ป็น 0 จึงมีค่าตำ่ สดุ คอื 1)
และเน่ืองจาก a 0 (ค่าสมั บรู ณข์ องจำนวนใด ๆ 0 เสมอ)
จะไดว้ า่ a b a (คณู a ท้งั สองขา้ งของ b 1)
และจะได้ a + a b a + a (บวก a ทัง้ สองข้างของ a b a )
เน่อื งจากถ้า a 0 สามารถพสิ จู นไ์ ดว้ า่ a + a 0 โดยแบ่งเป็น 2 กรณี ดงั นี้
กรณีท่ี 1 a 0 จะได้ a + a = a + a = 2a 0
กรณีที่ 2 a 0 จะได้ a + a = a + (−a) = 0
จะพบวา่ ไม่ว่า a เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ a + a 0 เสมอ
จาก a + a b = a − (− a b) = a − b (− a )
ทำใหไ้ ด้ว่า a − b(− a ) 0 ( a + a b a + a จึงต้อง 0 ไปดว้ ย)
สงั เกตวา่ a − b(− a ) อยูใ่ นรูป a − bx ( x = − a ซึง่ เปน็ จำนวนเตม็ )
ดังนัน้ S แสดงวา่ มี s S ซ่ึง s 0
ถา้ s = 0 จะไดว้ า่ มี q ซงึ่ s = a − bq
นน่ั คือ a = bq + s เม่อื s = 0
ถา้ s 0 โดย สัทพจน์ 3.4 จะมี r S ซง่ึ r s
แสดงว่าจะมี q ซ่ึง r = a − bq ดังน้ัน a = bq + r โดยท่ี r 0
ตอ่ ไปจะแสดงวา่ r b โดยสมมติวา่ r b จะได้ r − b 0
เนื่องจาก r − b = (a − bq) − b = a − b(q +1) ซง่ึ อยใู่ นรูป a − bx โดยท่ี q +1
แสดงว่า r − b S แต่ r − b r (เพราะ b 0 −b 0 r − b r )
ซึ่งขัดแยง้ กบั ทว่ี า่ r เปน็ จำนวนเต็มบวกทีน่ ้อยท่ีสุดใน S ดงั นัน้ r b = b
เพราะฉะน้นั จะมี q, r ทีท่ ำให้ a = bq + r โดยท่ี 0 r b
กรณที ี่ 2 ถา้ b 0 แลว้ b = −b
ให้ S = a − bx | x a − bx 0 (สรา้ งข้นึ มาเพ่ือพสิ ูจน์ว่าเซตนม้ี สี มาชิก)
เน่อื งจาก b 0 dและ b จะได้ b −1(b ไมเ่ ป็น 0 จึงมีค่ามากสุดคอื −1)
และเนอื่ งจาก a 0 ทำให้ − a 0 (คา่ สมั บรู ณข์ องจำนวนจริงใด ๆ 0 เสมอ)
จะได้วา่ − a b a จ (คณู − a ทัง้ สองขา้ งของ b −1)
และจะได้ a − b a a + a (บวก a ท้ังสองข้างของ − a b a )
24
เนื่องจาก a + a 0 (ไดพ้ สิ จู น์ไวแ้ ล้วในกรณที ่ี 1)
ทำใหไ้ ด้วา่ a − b a 0 ( a − b a a + a จงึ ต้อง 0 ไปด้วย)
สังเกตว่า a − b a อยูใ่ นรูป a −bx ( x = a ซ่ึงเปน็ จำนวนเตม็ )
ดังน้นั S แสดงว่ามี s S ซ่งึ s 0
ถา้ s = 0 จะไดว้ ่ามี q ซึ่ง s = a − bq
นัน่ คอื a = bq + s เม่อื s = 0
ถา้ s 0 โดย สทั พจน์ 3.4 จะมี r S ซง่ึ r s
แสดงวา่ จะมี q ซ่ึง r = a − bq ดังน้ัน a = bq + r โดยท่ี r 0
ต่อไปจะแสดงว่า r −b โดยสมมติว่า r −b จะได้ r + b 0
เนอื่ งจาก r + b = (a − bq) + b = a − b(q −1) ซึ่งอย่ใู นรปู a − bx โดยที่ q −1
แสดงว่า r + b S แต่ r + b r (เพราะ b 0 r + b r )
ซง่ึ ขดั แย้งกบั ท่ีวา่ r เปน็ จำนวนเต็มบวกทน่ี ้อยที่สดุ ใน S ดงั นน้ั r −b = b
เพราะฉะนั้น มี q, r ท่ีทำให้ a = bq + r โดยท่ี 0 r b
ตอนที่ 2 พิสูจน์วา่ มี q, r เพียงคู่เดียวเทา่ นัน้ ที่ทำให้ a = bq + r โดยท่ี 0 r b
สมมติวา่ มี q, r, q, r ทท่ี ำให้
จ a = bq + r ---------- (1) โดยท่ี 0 r b (อาจเขยี นแยกเป็น 0 r และ r b )
และ a = bq + r ---------- (2) โดยท่ี 0 r b (อาจเขยี นแยกเป็น 0 r และ r b )
การจะพสิ จู นว์ ่า มี q, r เพียงคูเ่ ดียว ทำไดโ้ ดยการพิสจู น์วา่ q = q และ r = r
นำ (1) − (2); 0 = bq + r − bq − r
r − r = b(q − q) (ย้ายขา้ งแลว้ ดึงตวั รว่ ม)
r − r = b(q − q) (ใสค่ ่าสมั บรู ณท์ งั้ สองขา้ งของสมการ)
r − r = b q − q ทฤษฎบี ท 3.17.2 และ ทฤษฎีบท 3.17.4
จะแบ่งคา่ ของ r − r ออกเป็น 2 กรณี คอื r − r 0 และ r − r 0
กรณที ่ี 1 r − r 0 จะได้ r − r = r − r จาก r b และ 0 r จัดรปู ใหม่ได้ b r และ
0 −r โดย ทฤษฎบี ท 3.16.3 จะได้ b + 0 r − r จดั รูปใหมไ่ ด้จะได้ r − r b นั่นคอื r − r b
กรณที ี่ 2 r − r 0 หรอื กค็ อื r − r 0 จะได้ r − r = r − r จาก r b และ 0 r จดั รปู
ใหมไ่ ด้ b r และ 0 −r โดย ทฤษฎีบท 3.16.3 จะได้ b + 0 r − r จดั รปู ใหมไ่ ด้จะได้ r − r b
นัน่ คอื r − r b โดย ทฤษฎบี ท 3.17.4 จะได้ r − r = r − r ดงั น้ัน r − r b
จากท้ังสองกรณีจะได้ r − r b และจาก 0 r − r (ค่าสัมบรู ณ์ของจำนวนจรงิ ใด ๆ 0 เสมอ)
จงึ ได้วา่ 0 r − r b จาก r − r = b q − q จะได้ 0 b q − q b เมอ่ื หาร b ตลอดทั้งอสมการ
จะได้ 0 q − q 1 เนอื่ งจาก q − q เปน็ จำนวนเต็ม จะไดว้ า่ q − q = 0 ทำให้ r − r = b 0 ทำให้
r − r = 0 ด้วย โดย ทฤษฎีบท 3.18 จะได้ q − q = 0 = 0 และ r − r = 0 = 0 น่ันคอื q = q และ
r = r จงึ สรุปได้ว่า มี q, r เพยี งคู่เดียวเทา่ น้นั ทที่ ำให้ a = bq + r โดยที่ 0 r b
25
ทฤษฎีบท 3.11 : ขนั้ ตอนวธิ กี ำรหำรสำหรับพหุนำม (Division Algorithm for Polynomials)
ถ้า a ( x) และ b( x) เป็นพหุนาม โดยท่ี b( x) 0 แล้วจะมีพหุนาม q ( x) และ r ( x) เพยี งคเู่ ดยี วเท่านั้น
ทท่ี ำให้ a ( x) = b( x) q ( x) + r ( x) เม่อื r ( x) = 0 หรือ deg (r ( x)) deg (b( x))
(หมายความว่าดกี รขี องเศษตอ้ งนอ้ ยกวา่ ดีกรีของตัวหาร หรอื เศษต้องเป็น 0 โดยสาเหตทุ ี่ต้องเขียนแยกเพราะ
0 เป็นพหุนามที่ไม่นิยามดีกรี เพราะ 0 สามารถเขียนอยู่ในรูป 0xn เมื่อ n เป็นจำนวนเต็มใด ๆ ทำให้มันมี
ดกี รีใดกไ็ ด้ 0 จงึ ไมม่ ีนยิ ามดกี ร)ี
พิสจู น์ : ให้ a ( x) และ b( x) เปน็ พหนุ าม โดยท่ี b( x) 0 โดย ทฤษฎบี ท 3.10 (ขนั้ ตอนวิธีการหาร)
จะได้ว่ามพี หุนาม q ( x) และ r ( x) โดยท่ี r ( x) = 0 หรอื deg (r ( x)) deg (b( x))
ซงึ่ ทำให้ a ( x) = b( x) q ( x) + r ( x) ---------- (1)
เหลือเพียงแสดงวา่ มพี หนุ าม q ( x) และ r ( x) ไดเ้ พียงชดุ เดยี ว
สมมตวิ า่ มี q1 ( x) และ r1 ( x) เปน็ พหนุ ามอีกชดุ หนง่ึ โดยที่ r1 ( x) = 0 หรอื deg (r1 ( x)) deg (b( x))
ซง่ึ ทำให้ a ( x) = b( x) q1 ( x) + r1 ( x) ---------- (2) เมื่อนำ (1) − (2); จะได้
a ( x) − a ( x) = b( x) q ( x) + r ( x) − b ( x) q1 ( x) + r1 ( x)
( )0 = b( x) q ( x) + r ( x) + − b ( x) q1 ( x) + r1 ( x) บทนิยำม 3.2
0 = b( x) q ( x) + r ( x) + ((−1) b( x) q1 ( x) + r1 ( x)) ทฤษฎบี ท 3.4
0 = b( x) q ( x) + r ( x) + (−1)b( x) q1 ( x) + (−1) r1 ( x) (สมบัตกิ ารแจกแจง)
0 = b( x) q ( x) + r ( x) + −b ( x) q1 ( x) + (−r1 ( x)) ทฤษฎีบท 3.4
0 = b ( x) q ( x) + r ( x) − b ( x) q1 ( x) − r1 ( x) บทนิยำม 3.2
0 = b( x) q ( x) − b( x)q1 ( x) + r ( x) − r1 ( x) 0(สมบตั ิการสลบั ที่และเปลี่ยนหม)ู่
0 = b ( x) q ( x) − q1 ( x) + r ( x) − r1 ( x) (สมบัติการแจกแจง)
จะไดว้ า่ −b( x) q ( x) − q1 ( x) = r ( x) − r1 ( x)
สมมตวิ า่ q ( x) q1 ( x) หรอื ก็คอื q ( x) − q1 ( x) 0 เนอื่ งจาก b( x) 0 จะได้ −b( x) 0 ทำให้
−b( x) q ( x) − q1 ( x) 0 และจาก −b( x) q ( x) − q1 ( x) = r ( x) − r1 ( x) จะได้
r ( x) − r1 ( x) 0 และจะได้ r ( x) r1 ( x) ตามมาดว้ ย ทำให้ไดว้ ่า r1 ( x) − r ( x) 0
นัน่ คอื q ( x) − q1 ( x) และ r1 ( x) − r ( x) มนี ิยามดกี รี จาก −b( x) q ( x) − q1 ( x) = r ( x) − r1 ( x)
จะได้ b( x) q ( x) − q1 ( x) = r1 ( x) − r ( x) (คณู −1 ทง้ั สองข้างของสมการ)
ทำให้ deg (r1 ( x) − r ( x)) = deg (b( x) q ( x) − q1 ( x))
รู้กอ่ นพิสูจนต์ ่อ : ถา้ a ( x) 0 และ b( x) 0 แล้ว deg (a ( x)b( x)) = deg (a ( x)) + deg (b ( x))
เชน่ ( (deg x2 x3 +1)) = deg ( x2 ) + deg ( x3 +1) = 2 + 3 = 5 จากสมบตั นิ ีท้ ำให้ได้ว่า
deg (b( x) q ( x) − q1 ( x)) = deg (b( x)) + deg (q ( x) − q1 ( x)) = deg (r1 ( x) − r ( x))
เน่ืองจากพหนุ ามถกู นิยามใหม้ ีดกี รเี ป็นจำนวนเต็มทม่ี ากกวา่ หรอื เทา่ กบั 0 เสมอ ดังน้นั
deg (q ( x) − q1 ( x)) 0 จะได้ deg (b( x)) + deg (q ( x) − q1 ( x)) deg (b ( x))
ทำให้ไดว้ ่า deg (r1 ( x) − r ( x)) deg (b( x)) ---------- (3)
26
จาก r ( x) = 0 หรือ deg (r ( x)) deg (b( x)) และ r1 ( x) = 0 หรอื deg (r1 ( x)) deg (b( x))
สามารถแบง่ ออกได้เป็น 4 กรณดี งั น้ี
กรณีที่ 1 r ( x) = 0 และ r1 ( x) = 0 จะได้ว่า r ( x) = r1 ( x) ซงึ่ ขัดแย้งกบั ทเ่ี คยพิสจู นไ์ วว้ ่า r ( x) r1 ( x)
กรณีท่ี 2 r ( x) = 0 และ deg (r1 ( x)) deg (b( x))
จะไดว้ ่า deg (r1 ( x) − r ( x)) = deg (r1 ( x) − 0) = deg (r1 ( x)) เนื่องจาก deg (r1 ( x)) deg (b( x))
ดังน้นั deg (r1 ( x) − r ( x)) deg (b( x)) ซ่ึงขดั แย้งกับ (3)
กรณที ี่ 3 deg (r ( x)) deg (b( x)) และ r1 ( x) = 0
จะไดว้ า่ deg (r1 ( x) − r ( x)) = deg (0 − r ( x)) = deg (−r ( x)) = deg (r ( x))
เนอ่ื งจาก deg (r ( x)) deg (b( x)) ดงั น้นั deg (r1 ( x) − r ( x)) deg (b( x)) ซึง่ ขดั แย้งกับ (3)
กรณีที่ 4 deg (r ( x)) deg (b( x)) และ deg (r1 ( x)) deg (b( x))
จะได้วา่ deg (r1 ( x) − r ( x)) deg (b( x)) ซ่ึงขดั แยง้ กบั (3)
จะเห็นวา่ ถา้ q( x) q1 ( x) จะทำให้เกดิ ข้อขัดแย้งในทกุ ๆ กรณี ดังนัน้ เป็นไปไมไ่ ดท้ ี่ q( x) q1 ( x) ดงั น้ัน
จึงได้ว่า q ( x) = q1 ( x) ทำให้ q ( x) − q1 ( x) = 0 จาก b( x) q ( x) − q1 ( x) = r1 ( x) − r ( x) จะได้
b( x)0 = r1 ( x) − r ( x) ดงั นัน้ r ( x) = r1 ( x) จะเหน็ ว่าเมอ่ื สมมตใิ ห้มี q1 ( x) และ r1 ( x) เปน็ พหุนาม
อกี ชุดหนง่ึ สามารถพิสจู น์ไดว้ า่ พหนุ ามชุดน้กี ็มคี ่าเท่ากับพหนุ ามชดุ เดิม จากทงั้ หมดทพี่ ิสจู น์มาจึงสรุปได้ว่า
ถ้า a ( x) และ b( x) เป็นพหุนาม โดยท่ี b( x) 0 แลว้ จะมีพหุนาม q ( x) และ r ( x) เพยี งค่เู ดียวเท่านั้น
ท่ที ำให้ a ( x) = b( x) q ( x) + r ( x) เมอื่ r ( x) = 0 หรอื deg (r ( x)) deg (b( x))
ตอ่ จากนจี้ ะขอละการอา้ งถึงทฤษฎีบทเกย่ี วกับการดำเนินการต่าง ๆ บางทฤษฎีบททไ่ี ดเ้ คยพสิ จู นไ์ ว้แลว้
ทฤษฎีบท 3.12 : ทฤษฎีบทเศษเหลือ (Remainder Theorem)
ให้ p ( x) เป็นพหุนาม anxn + an−1xn−1 + an−2xn−2 + ...+ a1x + a0 โดยที่ n เปน็ จำนวนเต็ม และ
an, an−1, an−2,..., a1, a0 เปน็ จำนวนจริง ซงึ่ an 0 ถา้ หารพหุนาม p ( x) ดว้ ยพหุนาม x − c
เมอ่ื c เป็นจำนวนจรงิ แล้วเศษเหลือจะเท่ากับ p(c)
พิสูจน์ : จาก ทฤษฎีบท 3.11 (ขั้นตอนวิธีการหารสำหรับพหุนาม) จะได้ว่าเมื่อหาร p( x) ด้วย x − c
จะมีผลหาร q ( x) และเศษเหลอื r ( x) ซงึ่ p ( x) = ( x − c) q ( x) + r ( x) ---------- (1)
โดยที่ r ( x) = 0 หรือ 0 deg (r ( x)) deg ( x − c) เนอ่ื งจาก deg ( x − c) = 1
จะได้ 0 deg (r ( x)) 1 พบว่ามกี รณีทีเ่ ป็นไปได้คือ deg (r ( x)) = 0 หรือ r ( x) = 0
น่ันคอื r ( x) เป็นค่าคงตัว ให้ r ( x) = d เมื่อ d เป็นค่าคงตัว จะสามารถเขยี น (1) ใหม่ได้เปน็
p ( x) = ( x − c) q ( x) + d เม่อื แทน x ดว้ ย c จะได้ p (c) = (c − c) q ( x) + d
p(c) = 0q ( x) + d นั่นคือ p(c) = d ดังน้นั เศษเหลอื เทา่ กับ p(c) จงึ สรุปไดว้ า่
ถ้าหารพหนุ าม p( x) ด้วยพหุนาม x − c เม่ือ c เป็นจำนวนจรงิ แลว้ เศษเหลือจะเท่ากับ p(c)
27
ทฤษฎีบท 3.13 : ทฤษฎีบทตวั ประกอบ ( Factor Theorem)
ให้ p ( x) เปน็ พหุนาม anxn + an−1xn−1 + an−2xn−2 + ...+ a1x + a0 โดยท่ี n เป็นจำนวนเต็มบวก
และ an, an−1, an−2,..., a1, a0 เปน็ จำนวนจริง ซึ่ง an 0
พหุนาม p( x) มี x − c เปน็ ตวั ประกอบ กต็ อ่ เมือ่ p (c) = 0
พิสูจน์ : (→) สมมติ x − c เป็นตวั ประกอบของ p( x) ดังน้นั x − c หาร p( x) ลงตัว
น่ันคือ x − c หาร p( x) แล้วได้เศษเหลอื เทา่ กับ 0 จาก ทฤษฎีบท 3.12 เม่ือหารพหุนาม p( x)
ดว้ ยพหุนาม x − c จะได้เศษเหลอื เท่ากับ p(c) ดงั นน้ั p(c) = 0
() สมมติ p (c) = 0 ให้ p ( x) = ( x − c) q ( x) + d จาก ทฤษฎีบท 3.12 จะได้ d = p (c)
ดงั นั้น d = 0 จะได้ p ( x) = ( x − c)q ( x) ดงั น้นั x − c เปน็ ตัวประกอบของ p( x)
จึงสรุปไดว้ ่า พหนุ าม p( x) มี x − c เปน็ ตัวประกอบ กต็ ่อเมอื่ p(c) = 0
ข้อสังเกต : จากทฤษฎบี ทน้ีจะได้วา่ ถ้า x − c เปน็ ตวั ประกอบของ p( x)
จะได้ ( )p c = ancn + an−1cn−1 + an−2cn−2 + ... + a1c + a0 = 0
ancn + an−1cn−1 + an−2cn−2 + ... + a1c = −a0
( )( )−1 (คณู −1 ทง้ั สองขา้ งของสมการ)
ancn + an −1c n −1 + an cn−2 + ... + a1c = a0
−2
( )( )c −1 ancn−1 + an−1cn−2 + an−2cn−3 + ... + a1 = a0 (สมบัติการแจกแจง)
พบว่า c เป็นตัวประกอบของ a0 ดังนั้นการหาพหุนาม x − c ที่เป็นตัวประกอบของ p( x) สามารถทำได้
โดยการหาตวั ประกอบ c ของ a0 ท่ีทำใหเ้ มอ่ื แทน x ใน p( x) ด้วย c แลว้ ได้ p(c) = 0
ทฤษฎีบท 3.14 : ทฤษฎีบทตวั ประกอบตรรกยะ
ให้ p ( x) เปน็ พหนุ าม anxn + an−1xn−1 + an−2xn−2 + ...+ a1x + a0 โดยท่ี n เปน็ จำนวนเตม็ บวก
และ an , an−1, an−2 ,..., a1, a0 เป็นจำนวนเตม็ ซงึ่ an 0 ถ้า x− k เปน็ ตวั ประกอบของพหุนาม
m
p( x) โดยที่ m และ k เป็นจำนวนเต็ม ซึ่ง m 0 และ ห.ร.ม. ของ m และ k เท่ากบั 1 แลว้
จะไดว้ า่ m หาร an ลงตัว และ k หาร a0 ลงตวั
รู้ก่อนพิสูจน์ : บทนิยามการหารลงตัว → กำหนด a, b เป็นจำนวนเต็มใดๆ โดยที่ b 0 a หาร b
ลงตัว กต็ อ่ เม่อื มจี ำนวนเต็ม n ที่ทำให้ b = an และเขียนแทน “ a หาร b ลงตัว” ไดด้ ้วยสัญลักษณ์ a | b
พิสูจน์ : ให้ m และ k เป็นจำนวนเต็ม ซึ่ง m 0 และ ห.ร.ม. ของ m และ k เท่ากับ 1 ซึ่งทำให้ x − k
m
เป็นตัวประกอบของพหุนาม ( )p x = anxn + an−1xn−1 + an−2xn−2 + ...+ a1x + a0 โดยที่ n เป็นจำนวนเต็ม
บวก และ an , an−1, an−2 ,..., a1, a0 เป็นจำนวนเต็ม ซึ่ง an 0 โดย ทฤษฎีบท 3.13 จะได้ว่า p k = 0
m
น่ันคือ an k n + an−1 k n−1 + an −2 k n−2 + ... + a1 k + a0 = 0 เมื่อคูณทัง้ สองขา้ งด้วย mn
m m m m
จะได้ ank n + an−1k n−1m + an−2k mn−2 2 + ... + a1kmn−1 + a0mn = 0 ---------- (1)
28
1) จะแสดงวา่ m | an
จาก (1) จะได้ว่า an−1k n−1m + an−2k n−2m2 + ... + a1kmn−1 + a0mn = −ank n
( ) ( )−1 an−1k n−1m + an−2k mn−2 2 + ... + a1kmn−1 + a0mn = ank n
( ) ( )0 m −1 an−1k n−1 + an−2k n−2m + ... + a1kmn−2 + a0mn−1 = ank n
เนื่องจาก ( )(−1 an−1k n−1 + an−2k n−2m + ...+ a1kmn−2 )+ a0mn−1 เป็นจำนวนเต็ม จากบทนิยามการหารลง
ตัวจะได้ m | ank n และจาก ห.ร.ม. ของ m และ k เท่ากับ 1 หมายความว่า k เป็นเศษส่วนอย่างต่ำ น่ัน
m
คือไม่สามารถนำ m ไปตัดทอน k ได้อีก จะได้ว่า m ก็ไม่สามารถนำไปตัดทอน kn ได้เช่นกัน นั่นคือ
m | ankn ไดก้ ต็ อ่ เมือ่ สามารถนำ m ไปตดั ทอน an ได้เทา่ น้ัน ดังน้ัน m | an
2) จะแสดงว่า k | a0
จาก (1) จะได้วา่ ank n + an−1k n−1m + an−2k mn−2 2 + ... + a1kmn−1 = −a0mn
( ) ( )−1 ank n + an−1k n−1m + an−2k n−2m2 + ... + a1kmn−1 = a0mn
( ) ( )0 k −1 ank n−1 + an−1k n−2m + an−2k mn−3 2 + ... + a1mn−1 = a0mn
เนื่องจาก ( )( )−1 ank n−1 + an−1k n−2m + an−2k mn−3 2 + ... + a1mn−1 เป็นจำนวนเต็ม จากบทนิยามการหารลง
ตัวจะได้ k | a0mn และจาก ห.ร.ม. ของ m และ k เท่ากับ 1 หมายความว่า m เป็นเศษส่วนอย่างต่ำ น่ัน
k
คือไม่สามารถนำ k ไปตัดทอน m ได้อีก จะได้ว่า k ก็ไม่สามารถนำไปตัดทอน mn ได้เช่นกัน นั่นคือ
k | a0mn ได้กต็ อ่ เมือ่ สามารถนำ k ไปตดั ทอน an ไดเ้ ท่าน้นั ดงั นน้ั k | a0
m หาร an ลงตัว และ k หาร a0 ลงตัว
สมการกำลังสอง คือ สมการที่เขียนได้ในรูป ax2 + bx + c = 0 เมื่อ a, b และ c เป็นจำนวน
จริง โดยที่ a 0 ถ้า b2 − 4ac 0 แล้วจะมีจำนวนจริงที่เป็นคําตอบของสมการกําลังสองนี้ โดยคําตอบคือ
−b b2 − 4ac ถ้า b2 − 4ac 0 แล้ว จะไม่มจี ำนวนจริงท่ีเป็นคาํ ตอบของสมการกําลงั สองนี้
2a
(สำมำรถหำกำรพิสจู น์ได้จำก Google หรอื หนังสอื เรยี นคณติ ศำสตร์ ม.3)
สมการพหนุ ามตวั แปรเดียว คอื สมการท่เี ขยี นได้ในรปู
anxn + an−1xn−1 + an−2xn−2 + ...+ a1x + a0 = 0 เม่อื n เปน็ จำนวนเต็มท่ไี ม่เป็นลบ
และ an, an−1, an−2,..., a1, a0 เป็นจำนวนจรงิ ทเ่ี ปน็ สมั ประสิทธข์ิ องพหนุ าม
ให้ p(x) และ q(x) เป็นพหุนาม โดยที่ q(x) 0 จะเรียก p(x) ว่า “เศษส่วนของพหุ-
q(x)
นาม” ทม่ี ี p( x) เปน็ ตัวเศษ และ q ( x) เป็นตวั ส่วน
การบวกลบคูณหารเศษสว่ นของพหนุ าม ใชห้ ลกั เกณฑเ์ ดยี วกบั เศษส่วนของจำนวนจรงิ
สมการเศษส่วนของพหุนาม คือ สมการที่สามารถจัดให้อยู่ในรูป p(x) เมื่อ p(x) และ
q(x) = 0
q ( x) เป็นพหุนาม โดยที่ q ( x) 0
29
ถ้ากำหนดสัญลักษณ์ a 0 หมายถึง a + และ a 0 หมายถึง −a + จะทำให้
สามารถเขยี นสัทพจนเ์ ชงิ อันดบั ได้อีกแบบหนง่ึ ดังน้ี
สัทพจน์ 3.3 : สัทพจนเ์ ชิงอันดบั
สำหรบั a และ b จะได้วา่
1) ถ้า a 0 และ b 0 แลว้ a + b 0 (สมบตั ปิ ดิ การบวก)
2) ถ้า a 0 และ b 0 แลว้ ab 0 (สมบัตปิ ิดการคณู )
3) สำหรับจำนวนจริง a ใด ๆ a 0 หรอื a = 0 หรอื a 0 จ เพยี งอยา่ งใดอย่างหนึง่ (สมบตั ไิ ตรวิภาค)
บทนยิ ำม 3.3 3) a b หมายถึง a b หรือ a = b
4) a b หมายถงึ a b หรอื a = b
ให้ a และ b เป็นจำนวนจรงิ
1) a b หมายถงึ a − b 0
2) a b หมายถงึ a − b 0 (หรอื b − a 0 หรอื b a )
ทฤษฎีบท 3.15
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจรงิ จะมสี มบตั กิ ารไมเ่ ทา่ กนั ดังน้ี
1) สมบตั กิ ารถา่ ยทอด
ถ้า a b และ b c แล้ว a c และ ถ้า a b และ b c แล้ว a c
2) สมบตั กิ ารบวกดว้ ยจำนวนทเ่ี ทา่ กนั
ถ้า a b แลว้ a + c b + c และ ถ้า a b แลว้ a + c b + c
3) สมบตั กิ ารคูณดว้ ยจำนวนทเ่ี ท่ากนั ทไี่ มเ่ ปน็ ศูนย์
กรณีที่ 1 ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc และ ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc
กรณที ่ี 2 ถา้ a b และ c 0 แลว้ ac bc และ ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc
4) สมบัตกิ ารตดั ออกสำหรบั การบวก
ถา้ a + c b + c แลว้ a b และ ถ้า a + c b + c แล้ว a b
5) สมบัติการตัดออกสำหรบั การคณู
กรณที ี่ 1 ถา้ ac bc และ c 0 แล้ว a b และ ถา้ ac bc และ c 0 แลว้ a b
กรณที ี่ 2 ถา้ ac bc และ c 0 แล้ว a b และ ถ้า ac bc และ c 0 แลว้ a b
พสิ จู น์ : 3.15.1) จะแบง่ การพสิ ูจนอ์ อกเปน็ 2 ขั้นตอน ดังน้ี
ข้ันตอนท่ี 1 : พิสจู นว์ ่า ถ้า a b และ b c แลว้ a c
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ โดยท่ี a b และ b c
จาก บทนยิ ำม 3.3 จะได้ a − b 0 และ b − c 0 และจาก สทั พจน์ 3.3 จะได้ (a − b) + (b − c) 0
ทำให้ไดว้ ่า a − c 0 ดงั น้ันจาก บทนิยำม 3.3 จึงได้ a c
30
ขัน้ ตอนที่ 2 : พสิ จู นว์ า่ ถา้ a b และ b c แล้ว a c
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ โดยที่ a b และ b c จาก บทนยิ ำม 3.3 จะได้
a − b 0 หรือ a = b และ b − c 0 หรอื b = c ซง่ึ สามารถแบ่งไดเ้ ป็น 4 กรณี ดังตอ่ ไปนี้
กรณีที่ 1 a − b 0 และ b − c 0 จากการพิสูจน์ในขนั้ ตอนท่ี 1 จะได้วา่ a c
กรณีที่ 2 a − b 0 และ b = c จะได้ a − c 0 (แทน b ดว้ ย c ) ดงั นน้ั a c
กรณที ี่ 3 a = b และ b − c 0 จะได้ a − c 0 (แทน b ดว้ ย a ) ดังน้นั a c
กรณีท่ี 4 a = b และ b = c จาก สทั พจน์ 3.1.3 จะได้ a = c
จากทั้ง 4 กรณีจะไดว้ ่า a c หรือ a = c ดังนน้ั จาก บทนิยำม 3.3 จึงได้ a c
ถา้ a b และ b c แล้ว a c และ ถ้า a b และ b c แลว้ a c
3.15.2) จะแบง่ การพสิ จู น์ออกเปน็ 2 ขัน้ ตอน ดังน้ี
ข้ันตอนที่ 1 : พสิ จู น์วา่ ถ้า a b แล้ว a + c b + c
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยที่ a b จาก บทนิยำม 3.3 จะได้ a − b 0
เน่ืองจาก (a + c) − (b + c) = a − b จะได้ (a + c) − (b + c) 0 ดงั นน้ั a + c b + c (บทนิยำม 3.3)
ขั้นตอนที่ 2 : พสิ ูจน์ว่า ถ้า a b แลว้ a + c b + c
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ โดยที่ a b จาก บทนิยำม 3.3 จะได้ a − b 0 หรือ a = b
กรณที ี่ 1 a − b 0 จากการพิสจู น์ในขั้นตอนท่ี 1 จะได้วา่ a + c b + c
กรณที ี่ 2 a = b บวกทงั้ สองข้างของสมการดว้ ยจำนวนทเ่ี ทา่ กนั จะไดว้ า่ a + c = b + c
จากทั้ง 2 กรณีจะได้วา่ a + c b + c หรอื a + c = b + c ดงั นัน้ จาก บทนิยำม 3.3 จึงได้ a + c b + c
ถา้ a b แลว้ a + c b + c และ ถา้ a b แล้ว a + c b + c
3.15.3) จะแบ่งการพสิ จู นอ์ อกเป็น 2 กรณี ดงั นี้
กรณที ี่ 1 : c 0 จะแบ่งการพิสูจนเ์ ป็น 2 ข้ันตอนคอื
ข้นั ตอนท่ี 1 พสิ ูจน์ว่า ถา้ a b และ c 0 แล้ว ac bc
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ โดยท่ี a b จาก บทนิยำม 3.3 จะได้ a − b 0
และจาก สัทพจน์ 3.3.2 จะได้ (a − b)c 0 ทำให้ ac − bc 0 ดังนน้ั ac bc
ขนั้ ตอนท่ี 2 พสิ ูจนว์ า่ ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ โดยที่ a b จาก บทนยิ ำม 3.3 จะได้ a − b 0 หรือ a = b
สำหรับกรณที ี่ a − b 0 จาก สัทพจน์ 3.3.2 จะได้ (a − b)c 0 ทำให้ ac − bc 0 ดังนั้น ac bc
ส่วนกรณที ี่ a = b หรอื กค็ อื a − b = 0 จะได้ (a − b)c = 0 ดงั น้ัน ac = bc จากท้งั สองกรณีนจ้ี ะได้ว่า
ac bc หรอื ac = bc จาก บทนิยำม 3.3 จงึ สรุปได้ว่า ac bc
ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc และ ถา้ a b และ c 0 แลว้ ac bc
31
กรณที ี่ 2 : c 0 จะแบง่ การพิสูจนเ์ ป็น 2 ข้ันตอนคือ
ขั้นตอนที่ 1 พสิ จู นว์ ่า ถ้า a b และ c 0 แล้ว ac bc
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ โดยท่ี a b จาก บทนิยำม 3.3 จะได้ a − b 0
และจะได้ (a − b)c 0 (จำนวนบวกคูณกับจำนวนลบจะได้จำนวนลบ) ทำให้ ac −bc 0 ดงั นน้ั ac bc
ขน้ั ตอนที่ 2 พสิ ูจน์ว่า ถา้ a b และ c 0 แล้ว ac bc
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยท่ี a b จาก บทนยิ ำม 3.3 จะได้ a − b 0 หรอื a = b
สำหรบั กรณีที่ a −b 0 ได้พสิ จู น์ไวแ้ ลว้ ในขั้นตอนท่ี 1 วา่ ac bc
สว่ นกรณที ่ี a = b หรอื ก็คอื a − b = 0 จะได้ (a − b)c = 0 ดังนนั้ ac = bc จากท้งั สองกรณนี ้ีจะได้ว่า
ac bc หรอื ac = bc จาก บทนิยำม 3.3 จึงสรปุ ไดว้ ่า ac bc
ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc และ ถ้า a b และ c 0 แล้ว ac bc
3.15.4) จะแบง่ การพิสูจนเ์ ปน็ 2 ขั้นตอนคือ
ข้ันตอนท่ี 1 พิสูจนว์ า่ ถ้า a + c b + c แลว้ a b
ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ โดยที่ a + c b + c
จะได้ a + c + (−c) b + c + (−c) ทฤษฎบี ท 3.15.2
ดังนน้ั a b (สมบัตกิ ารมี inverse การบวก)
ขน้ั ตอนที่ 2 พสิ จู น์วา่ ถา้ a + c b + c แลว้ a b
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจริงใด ๆ โดยท่ี a + c b + c
จะได้ a + c + (−c) b + c + (−c) ทฤษฎีบท 3.15.2
ดงั นน้ั a b (สมบตั กิ ารมี inverse การบวก)
ถา้ a + c b + c แลว้ a b และ ถ้า a + c b + c แลว้ a b
3.15.5) ให้ a, b และ c เปน็ จำนวนจริงใด ๆ จะแบ่งการพิสจู นอ์ อกเปน็ 2 กรณี ดงั นี้
กรณที ี่ 1 : c 0 จะแบง่ การพิสจู นเ์ ปน็ 2 ข้นั ตอนคอื
ขน้ั ตอนที่ 1 พสิ จู นว์ ่า ถ้า ac bc และ c 0 แลว้ a b
เน่อื งจาก c 0 จาก ทฤษฎบี ท 3.8 จะได้ c−1 0 และจาก ทฤษฎีบท 3.15.3 คูณ c−1 ท้งั สองข้างของ
อสมการ ac bc จะทำให้ได้วา่ ( ) ( )ac c−1 bc c−1 ดังนัน้ a b
ขน้ั ตอนท่ี 2 พสิ จู น์วา่ ถา้ ac bc และ c 0 แลว้ a b
เนือ่ งจาก c 0 จาก ทฤษฎีบท 3.8 จะได้ c−1 0 และจาก ทฤษฎบี ท 3.15.3 คูณ c−1 ท้ังสองข้างของ
อสมการ ac bc จะทำใหไ้ ด้ว่า ( ) ( )ac c−1 bc c−1 ดงั น้นั a b
ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc และ ถ้า a b และ c 0 แลว้ ac bc
32
กรณที ี่ 2 : c 0 จะแบง่ การพสิ ูจน์เปน็ 2 ข้นั ตอนคอื
ขน้ั ตอนที่ 1 พสิ ูจนว์ า่ ถ้า ac bc และ c 0 แลว้ a b
เนือ่ งจาก c 0 จาก ทฤษฎบี ท 3.8 จะได้ c−1 0 และจาก ทฤษฎบี ท 3.15.3 คูณ c−1 ท้งั สองข้างของ
อสมการ ac bc จะทำใหไ้ ด้ว่า ( ) ( )ac c−1 bc c−1 ดงั นนั้ a b
ขน้ั ตอนที่ 2 พสิ ูจน์ว่า ถ้า ac bc และ c 0 แล้ว a b
เนื่องจาก c 0 จาก ทฤษฎบี ท 3.8 จะได้ c−1 0 และจาก ทฤษฎีบท 3.15.3 คูณ c−1 ทง้ั สองข้างของ
อสมการ ac bc จะทำใหไ้ ดว้ ่า ( ) ( )ac c−1 bc c−1 ดังนน้ั a b
ถ้า ac bc และ c 0 แลว้ a b และ ถา้ ac bc และ c 0 แลว้ a b
ทฤษฎีบท 3.16
ให้ a, b, c และ d เปน็ จำนวนจริง จะมสี มบัตดิ งั ต่อไปน้ี
1) ถ้า a b และ c d แลว้ a + c b + d
2) ถา้ a b และ c d แล้ว a + c b + d
3) ถา้ a b และ c d แลว้ a + c b + d
พิสูจน์ : 3.16.1) ให้ a, b, c และ d เป็นจำนวนจริงใด ๆ ซึ่ง a b และ c d โดย ทฤษฎีบท 3.15.2
จะได้ a + c b + c และ b + c b + d จาก ทฤษฎีบท 3.15.1 จึงได้วา่ a + c b + d
3.16.2) ให้ a, b, c และ d เป็นจำนวนจริงใด ๆ ซึ่ง a b และ c d โดย ทฤษฎีบท 3.15.2 จะได้
a + c b + c และ b + c b + d จาก ทฤษฎีบท 3.15.1 จึงได้วา่ a + c b + d
3.16.3) ให้ a, b, c และ d เป็นจำนวนจริงใด ๆ ซึ่ง a b และ c d จาก บทนิยำม 3.3 จะได้
a b หรือ a = b และ c d ดงั นั้นจะสามารถแบง่ การพิสูจน์ออกเปน็ 2 กรณี ดังนี้
กรณีที่ 1 a b และ c d โดย ทฤษฎบี ท 3.16.1 จะได้ว่า a + c b + d
กรณีที่ 2 a = b และ c d โดย ทฤษฎีบท 3.15.2 บวก a ทั้งสองข้างของอสมการ c d จะได้
a + c a + d แตเ่ น่อื งจาก a = b ดงั นั้น a + c b + d (แทน a ด้วย b )
จากทง้ั 2 กรณีสามารถสรุปได้ว่า ถ้า a b และ c d แลว้ a + c b + d
ข้อควรระวัง :
1. ไมม่ ที ฤษฎบี ททกี่ ลา่ ววา่ ถา้ a b และ c d แลว้ a − c b − d เพราะอาจเป็นเท็จ ตัวอย่างเช่น
ถ้า 2 1 และ 6 4 แลว้ 2 − 6 1− 4 (−4 −3) ซึง่ เป็นเท็จ
2. ไมม่ ีทฤษฎีบทท่ีกลา่ วว่า ถ้า a b และ c d แลว้ a − c b − d เพราะอาจเปน็ เท็จ ตวั อยา่ งเช่น
ถ้า 2 1 และ 6 4 แลว้ 2 − 6 1− 4 (−4 −3) ซงึ่ เป็นเทจ็
3. จาก ทฤษฎีบท 3.16.3 อาจทำใหส้ งสัยวา่ เหตุใดจึงไมใ่ ชเ้ ครื่องหมาย ในอสมการ a + c b + d
ทั้งนี้ก็เพราะ a + c = b + d ได้ก็ต่อเมื่อ a = b และ c = d แต่จาก c d หมายความว่า c d
จงึ เปน็ ไปไม่ได้ที่ a + c = b + d ดังน้ันจงึ เหลือเพยี งแค่ a + c b + d
33
ทฤษฎีบท 3.15 และ 3.16 ยังคงใช้ได้กับอสมการที่มีเครื่องหมาย และ เพราะอสมการ
สามารถสลับขา้ งแล้วพลิกเครื่องหมายได้ เช่น a b มีความหมายเดียวกบั b a
บทนิยำม 3.4 3) a b c หมายถึง a b และ b c
4) a b c หมายถึง a b และ b c
ให้ a, b และ c เป็นจำนวนจรงิ
1) a b c หมายถงึ a b และ b c
2) a b c หมายถึง a b และ b c
บทนยิ ำม 3.5
ให้ a และ b เปน็ จำนวนจริง ซ่งึ a b
1) ชว่ งเปดิ (a,b) หมายถึง x | a x b
2) ช่วงปิด a,b หมายถึง x | a x b
3) ช่วงครึ่งเปิดหรอื ชว่ งครง่ึ ปิด (a,b หมายถงึ x | a x b
4) ชว่ งครง่ึ เปิดหรือช่วงครึง่ ปิด a,b) หมายถงึ x | a x b
5) ช่วงเปดิ อนันต์ (a,) หมายถงึ x | x a
6) ชว่ งเปิดอนันต์ (−,a) หมายถงึ x | x a
7) ช่วงปดิ อนันต์ a,) หมายถงึ x | x a
8) ช่วงปิดอนันต์ (−, a หมายถงึ x | x a
บทนยิ ำม 3.6
ให้ a เป็นจำนวนจริง ค่าสัมบูรณ์ของ a เขยี นแทนด้วยสญั ลกั ษณ์ a โดยท่ี
a เมอ่ื a 0
เมือ่ a 0
a =
−a
ขอ้ สังเกต :
1. จากบทนิยาม 3.6 ในกรณที ี่ a 0 จะได้ −a 0 ดังนน้ั a 0 เสมอเมื่อ a เป็นจำนวนจรงิ ใด ๆ
2. จากขอ้ 1 ทำใหไ้ ด้ว่า a = a เพราะ a 0 เสมอ
3. a สามารถพิจารณาจากระยะจากจดุ ทแี่ ทน 0 ถึงจดุ ท่แี ทน a บนเสน้ จำนวน
ทฤษฎีบท 3.17
ให้ x และ y เป็นจำนวนจรงิ จะไดว้ า่
1) x = −x 4) x − y = y − x
2) xy = x y 5) x 2 = x2
3) x = x เม่อื y 0 6) x + y x + y
yy
34
พิสูจน์ : 3.17.1) ให้ x เปน็ จำนวนจริงใด ๆ จะแบ่งการพิสจู น์ออกเป็น 3 กรณี ตามสมบตั ไิ ตรวภิ าคดงั นี้
กรณีที่ 1 เม่ือ x 0 ทำให้ −x 0 จะได้ x = x และ −x = −(−x) = x ดงั นนั้ x = −x
กรณที ่ี 2 เม่ือ x = 0 จะได้ x = 0 = 0 = −0 = −x ดงั นนั้ x = −x
กรณที ี่ 3 เมือ่ x 0 ทำให้ −x 0 จะได้ x = −x และ −x = −x ดงั นัน้ x = −x
จากทง้ั 3 กรณสี ามารถสรปุ ได้วา่ x = −x
3.17.2) ให้ x และ y เปน็ จำนวนจริงใด ๆ จะแบง่ การพิสจู น์ออกเป็น 4 กรณี ดงั น้ี
กรณีที่ 1 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ xy 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = y ,
xy = xy และ x y = xy ดงั นน้ั xy = x y
กรณีที่ 2 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ xy 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = −y ,
xy = −xy และ x y = x (− y) = −xy ดังนนั้ xy = x y
กรณีที่ 3 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ xy 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = y ,
xy = −xy และ x y = (−x) y = −xy ดังน้นั xy = x y
กรณีที่ 4 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ xy 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = −y ,
xy = xy และ x y = (−x)(− y) = xy ดงั นั้น xy = x y
จากท้ัง 4 กรณสี ามารถสรปุ ได้ว่า xy = x y
3.17.3) ให้ x และ y เป็นจำนวนจริงใด ๆ ซง่ึ y 0 จะแบง่ การพสิ ูจนอ์ อกเปน็ 4 กรณี ดงั น้ี
กรณีที่ 1 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ x 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = y ,
y
x = x และ x = x ดงั นน้ั x = x
yy yy yy
กรณีที่ 2 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ x 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = −y ,
y
x = − x และ x = x = − x ดังน้นั x = x
yy y −y y yy
กรณีที่ 3 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ x 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = y ,
y
x = − x และ x = −x = − x ดังนน้ั x = x
yy yy y yy
กรณีที่ 4 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ x 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = −y ,
y
x =x และ x = −x = − −x = − − x = x ดังนนั้ x= x
yy y −y y y y y y
จากทง้ั 4 กรณสี ามารถสรปุ ได้ว่า x = x
yy
3.17.4) ให้ x และ y เป็นจำนวนจริงใด ๆ โดย ทฤษฎีบท 3.17.1 จะได้ว่า x − y = −( x − y)
เน่ืองจาก −( x − y) = −x + y = y − x ดงั นัน้ x − y = y − x
35
3.17.5) ให้ x เป็นจำนวนจริงใด ๆ จะแบง่ การพิสจู นอ์ อกเปน็ 2 กรณี ดังนี้
กรณีที่ 1 เมอ่ื x 0 ทำให้ x = x จะได้ x 2 = x x = x x = x2 ดงั นน้ั x 2 = x2
กรณีท่ี 2 เม่ือ x 0 ทำให้ x = −x จะได้ x 2 = x x = (−x)(−x) = x2 ดังนนั้ x 2 = x2
จากทงั้ 2 กรณสี ามารถสรุปไดว้ ่า x 2 = x2
3.17.6) ให้ x และ y เปน็ จำนวนจรงิ ใด ๆ จะแบ่งการพสิ ูจน์ออกเปน็ 4 กรณี ดังน้ี
กรณีที่ 1 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ x + y 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = y ,
x + y = x + y และ x + y = x + y ดังนนั้ x + y = x + y
กรณีที่ 2 เม่อื x 0 และ y 0 ทำให้ x + y 0 หรือ x + y 0 ดงั นัน้ จะแบ่งการพสิ ูจน์ออกอกี 2 กรณี
กรณีที่ 2.1 x + y 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = −y , x + y = x + y
และ x + y = x − y เนื่องจาก y 0 ทำให้ −y 0 จะได้ y −y และจะได้ x + y x − y
ดังนน้ั จงึ ไดว้ า่ x + y x + y
กรณีที่ 2.2 x + y 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = x , y = −y , x + y = −x − y
และ x + y = x − y เนื่องจาก x 0 ทำให้ −x 0 จะได้ −x x และจะได้ −x − y x − y
ดงั นน้ั จึงได้ว่า x + y x + y
เมอ่ื รวมส่ิงทไ่ี ด้จากกรณีที่ 2.1 และ 2.2 จะได้ประโยคเปิด ( x + y x + y ) ( x + y x + y )
( x + y x + y ) ( x + y x + y ) ( x + y = x + y )
( x + y x + y ) ( x + y x + y ) ( x + y = x + y )
( x+ y x + y )( x+ y = x + y )
ดังนน้ั ในกรณีที่ 2 จงึ ได้วา่ x + y x + y
กรณที ี่ 3 เมอ่ื x 0 และ y 0 ทำให้ x + y 0 หรือ x + y 0 ดงั น้นั จะแบง่ การพิสูจนอ์ อกอีก 2 กรณี
กรณีที่ 3.1 x + y 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = y , x + y = x + y
และ x + y = −x + y เนื่องจาก x 0 ทำให้ −x 0 จะได้ x −x และจะได้ x + y −x + y
ดงั นั้นจงึ ได้วา่ x + y x + y
กรณีที่ 3.2 x + y 0 จากบทนิยามของค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = y , x + y = −x − y
และ x + y = −x + y เนื่องจาก y 0 ทำให้ −y 0 จะได้ −y y และจะได้ −x − y −x + y
ดังนั้นจึงได้วา่ x + y x + y
เมอื่ รวมสงิ่ ทไ่ี ด้จากกรณที ่ี 2.1 และ 2.2 จะไดป้ ระโยคเปดิ ( x + y x + y ) ( x + y x + y )
( x + y x + y ) ( x + y x + y ) ( x + y = x + y )
( x + y x + y ) ( x + y x + y ) ( x + y = x + y )
( x+ y x + y )( x+ y = x + y )
ดงั นนั้ ในกรณีท่ี 3 จงึ ได้วา่ x + y x + y
กรณีที่ 4 เมื่อ x 0 และ y 0 ทำให้ x + y 0 จากบทนิยามค่าสัมบูรณ์จะได้ว่า x = −x , y = −y ,
x + y = −( x + y) = −x − y และ x + y = −x − y ดงั นนั้ x + y = x + y
36
เม่อื รวมสิง่ ทไ่ี ด้จากการพสิ ูจนท์ ั้ง 4 กรณี จะไดป้ ระโยคเปิด ( x = a)
( x+ y = x + y )( x+ y x + y )( x+ y x + y )( x+ y = x + y )
( x+ y = x + y )( x+ y x + y )
( x+ y = x + y )( x+ y x + y )( x+ y = x + y )
( x + y x + y ) ( x + y = x + y ) จงึ สรปุ ได้ว่า x + y x + y
f
ทฤษฎีบท 3.18
ให้ x เป็นจำนวนจริง และ a เปน็ จำนวนจริงบวก ถ้า x = a แลว้ x = a หรือ x = −a
พิสูจน์ : ให้ x เป็นจำนวนจริงใด ๆ จะแบง่ การพิสจู นอ์ อกเปน็ 2 กรณี ดังน้ี
กรณีที่ 1 เมือ่ x 0 ทำให้ x = x จาก x = a จะได้ x = a
กรณีที่ 2 เมื่อ x 0 ทำให้ x = −x จาก x = a จะได้ −x = a นั่นคือ −(−x) = −a ดังนั้น x = −a
จากท้ัง 2 กรณี สามารถสรปุ ได้วา่ x = a หรือ x = −a (สามารถนยิ ามให้เขียนไดอ้ ีกแบบว่า x = a )
d
ทฤษฎีบท 3.19
ให้ x เปน็ จำนวนจริง และ a เป็นจำนวนจริงบวก
1) ถ้า x a แล้ว −a x a 3) ถ้า x a แลว้ x −a หรือ x a
2) ถา้ x a แล้ว −a x a 4) ถา้ x a แล้ว x −a หรอื x a
พสิ ูจน์ : แนวคดิ → คา่ ของ x สามารถพจิ ารณาจากระยะจากจดุ ทแ่ี ทน 0 ถงึ จดุ ที่แทน x บนเสน้ จำนวน
3.19.1) x a หมายความว่า ระยะจากจุดทแี่ ทน 0 ถึงจุดท่ีแทน x บนเสน้ จำนวน มคี า่ นอ้ ยกวา่ a ดังน้ี
ถ้า x a แล้ว −a x a
3.19.2) x a หมายความวา่ ระยะจากจุดทแ่ี ทน 0 ถงึ จดุ ที่แทน x บนเส้นจำนวน มคี า่ a ดงั น้ี
ถ้า x a แล้ว −a x a
3.19.3) x a หมายความว่า ระยะจากจดุ ที่แทน 0 ถึงจุดทแ่ี ทน x บนเสน้ จำนวน มีค่ามากกว่า a ดงั นี้
ถา้ x a แลว้ x −a หรอื x a
3.19.3) x a หมายความว่า ระยะจากจดุ ที่แทน 0 ถงึ จดุ ที่แทน x บนเสน้ จำนวน มคี ่า a ดงั นี้
ถ้า x a แล้ว x −a หรือ x a
บรรณานุกรม
ณรงค์ ป้นั นิม่ , นติ ตยิ า ปภาพจน.์ (2548). บทท่ี 2 การหารลงตัว, ทฤษฎจี ำนวน (พมิ พค์ รัง้ ที่ 2) (น. 29-30).
กรุงเทพฯ: บรษิ ัทด่านสุทธาการพิมพ์ จาํ กดั .
สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2561). คมู่ อื ครูรายวิชาเพ่มิ เตมิ คณิตศาสตร์ เลม่ 1 ช้ัน
มัธยมศึกษาปีที่ 4 ตามผลการเรียนรกู้ ล่มุ สาระการเรียนรูค้ ณติ ศาสตร์ (ฉบับปรับปรงุ พ.ศ. 2560) ตาม
หลกั สูตรแกนกลางการศึกษาขน้ั พื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพรา้ ว.
สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี. (2561). หนังสือเรยี นรายวิชาเพมิ่ เติมคณติ ศาสตร์ ชัน้
มธั ยมศึกษาปที ่ี 4 เลม่ 1 ตามผลการเรียนร้กู ลุ่มสาระการเรยี นรูค้ ณิตศาสตร์
(ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551.
กรุงเทพฯ: โรงพมิ พ์ สกสค. ลาดพรา้ ว.
โปรแกรมทีใ่ ช้
พมิ พ์และออกแบบดว้ ย Microsoft Word
รปู ภาพเรขาคณติ สร้างดว้ ย GeoGebra Geometry
พมิ พส์ ูตรทางคณติ ศาสตรด์ ้วย MathType
ฟอนต์ทีใ่ ชค้ ือ TH SarabunPSK และ Pridi
สที ใ่ี ช้ 6 สี คอื และ สีพนื้ หลงั
#44E3FF #6F88FE #A162F7 #2B3A51
#FFFFF2 #F14A9A
AB
T
F
C
หนังสือราคาเป็นกันเอง (200,000 บาท)