אינפימום וסופרמום

איברי הקבוצה M (בכחול) חסומים מלעיל על ידי הנקודות החומות והנקודה הירוקה. הנקודה הירוקה היא החסם הקטן ביותר ולכן היא הסופרמום

בערך זה
נעשה שימוש
בסימנים מוסכמים
מתחום המתמטיקה.
להבהרת הסימנים
ראו סימון מתמטי.

18892142תבנית:סימון מתמטי אינפימום וסופרמום הם מושגי יסוד באנליזה מתמטית. אינפימום הוא החסם מלרע הגדול ביותר של קבוצה נתונה. סופרמום הוא החסם מלעיל הקטן ביותר של הקבוצה. אם $a$ הוא האינפימום של A נסמן $\inf(A)=a$ . באופן דומה אם $a$ הוא הסופרמום של הקבוצה $A$ נסמן $\sup(A)=a$ .

מאפיינים

המושגים אינפימום וסופרמום דומים במידת מה למקסימום ומינימום. האינפימום עשוי להיות גם מינימום - אם ורק אם הוא שייך לקבוצה. באופן דומה, נאמר על סופרמום שהוא מקסימום אם ורק אם הוא שייך לקבוצה. אם לקבוצה A יש מקסימום אז הוא בהכרח סופרמום ואם לקבוצה יש מינימום אז הוא בהכרח אינפימום.

באנליזה אינפימום וסופרמום שימושיים יותר מאשר מינימום ומקסימום. כך למשל בקבוצת המספרים הממשיים החיוביים ( $\mathbb {R} _{>0}=\left\{x\in \mathbb {R} \mid x>0\right\}$ ) אין מינימום. זאת משום שניתן לחלק כל מספר בקבוצה במספר טבעי ובכך למצוא מספר ממשי קטן יותר אשר שייך לקבוצה. אף על פי כן קיים בדיוק אינפימום אחד והוא אפס. אפס קטן מכל מספרים הממשיים החיוביים וגדול יותר מכל מספר ממשי אשר יכול לשמש כגבול התחתון.

על פי אקסיומת השלמות, לכל קבוצת מספרים ממשיים החסומה מלמעלה קיים סופרמום. מאקסיומה זו נובע גם כי לכל קבוצת מספרים ממשיים החסומה מלמטה קיים אינפימום. לפיכך לא לכל קבוצה יש בהכרח אינפימום או סופרמום. לדוגמה, קבוצת המספרים הממשים לא חסומה מלעיל ולא חסומה מלרע ולכן בפרט אין לה אינפימום או סופרמום.

דוגמאות

אינפימום

$\inf\{1,2,3,\ldots \}=1$
$\inf\{x\in \mathbb {R} \mid 0<x<1\}=0$
$\inf\{x\in \mathbb {Q} \mid x^{3}>2\}={\sqrt[{3}]{2}}$
$\inf \left\{(-1)^{n}+{\tfrac {1}{n}}\mid n=1,2,3,\ldots \right\}=-1$

סופרמום

$\sup\{x\in \mathbb {R} \mid 0<x<1\}=\sup\{x\in \mathbb {R} \mid 0\leq x\leq 1\}=1$
$\sup \left\{(-1)^{n}-{\tfrac {1}{n}}\mid n=1,2,3,\ldots \right\}=1$
$\sup\{a+b\mid a\in A,b\in B\}=\sup A+\sup B$
$\sup\{x\in \mathbb {Q} \mid x^{2}<2\}={\sqrt {2}}$