Большая Советская Энциклопедия (КО)
Шрифт:
Конструктивная математика
Конструкти'вная матема'тика, абстрактная наука о конструктивных процессах, человеческой способности осуществлять их и о их результатах — конструктивных объектах. Абстрактность К. м. проявляется прежде всего в том, что в ней систематически применяются две абстракции: абстракция потенциальной осуществимости и абстракция отождествления. Абстракцию потенциальной осуществимости используют, когда отвлекаются от практических ограничений конструктивных возможностей в пространстве, времени и материале. Абстракцию отождествления используют, когда говорят о двух в том или ином смысле одинаковых объектах как об одном и том же объекте. В К. м. не применяется характерная для теоретико-множественной математики абстракция актуальной бесконечности, связанная
Конструктивный процесс, результатом которого является объект, одинаковый с А, называется построением объекта А . Высказывания, связанные с человеческой способностью осуществлять конструктивные процессы, часто формулируются в К. м. в виде теорем существования, утверждающих, что существует объект, удовлетворяющий каким-то требованиям. Под этим подразумевают, что построение такого объекта потенциально осуществимо, т. е. что владеют способом его построения. Это понимание теорем существования отличается от их понимания в теоретико-множественной математике, что вынуждает строить для К. м. свою логику, отличную от обслуживающей теоретико-множественную математику классической математической логики, — конструктивную математическую логику.
Понятия конструктивного процесса и конструктивного объекта не определяются в К. м. В таких общих определениях и нет надобности, поскольку в К. м. обычно имеют дело не с конструктивными процессами и конструктивными объектами вообще, а с определёнными видами тех и других.
Простейшим видом конструктивных объектов являются слова в фиксированном алфавите, т. е. ряды букв этого алфавита (слово «буква» понимается здесь как «элементарный знак», т. е. как «знак, частями которого мы не интересуемся»; алфавит — это набор букв). Конструктивный процесс, результатом которого является слово, состоит в данном случае в выписывании этого слова буква за буквой. Частным случаем слов являются натуральные числа, которые мы рассматриваем как слова в алфавите 01, начинающиеся с нуля и, кроме того, нуля не содержащие, т. е. как слова 0, 01, 011, 0111,... Добавляя к этому алфавиту знак минус «—» и знак дроби «/», получают возможность строить рациональные числа как некоторые слова в алфавите 01 — /. Т. о., рациональные числа оказываются конструктивными объектами.
Естественно, возник вопрос о построении действительных чисел в рамках К. м. и, далее, вопрос о включении математического анализа в эти рамки. Эти цели достигнуты на основе уточнённого понятия алгоритма . Каким из известных уточнений этого понятия (Тьюринга машина , рекурсивные функции, нормальные алгорифмы) здесь пользоваться, при этом несущественно. В дальнейшем под «алгорифмом» будет пониматься нормальный алгорифм .
Конструктивной последовательностью рациональных (натуральных) чисел будет называться алгорифм, перерабатывающий всякое натуральное число в рациональное (натуральное) число. Без существенного ограничения общности можно считать конструктивную последовательность рациональных чисел алгорифмом в алфавите 01 — /ab. Запись такого алгорифма будет осуществляться как слово в алфавите 01. О конструктивной последовательности рациональных чисел
|(n ) - (n +1)|lb 2– n– 1 .
Записи регулярно сходящихся последовательностей рациональных чисел называют конструктивными действительными числами (КДЧ). Естественным образом определяются равенство двух КДЧ, порядковые отношения между ними, а также арифметическими действия над ними и операция взятия абсолютной величины. Арифметические операции оказываются алгорифмическими: имеется, например, алгорифм, перерабатывающий всякую пару КДЧ в сумму
Далее, на основе алгоритмов теории можно определить понятие конструктивной последовательности КДЧ. Для всякой такой последовательности оказывается возможным построить КДЧ, не равное ни одному члену этой последовательности. Это — конструктивный аналог теоремы Кантора о несчётности континуума.
Могут быть определены понятия конструктивной сходимости конструктивной последовательности КДЧ в себе и к КДЧ. Имеет место теорема полноты, утверждающая, что всякая конструктивная последовательность КДЧ, конструктивно сходящаяся в себе, конструктивно сходится к некоторому КДЧ. Однако конструктивный аналог известной теоремы о сходимости ограниченной возрастающей последовательности опровергается на примере.
Согласно определению, КДЧ — слова в алфавите 01. Алгорифмы над этим алфавитом можно применять к КДЧ, что открывает возможность строить функцию от действительного переменного как алгорифм, перерабатывающий КДЧ в КДЧ. Надо только, чтобы такой алгорифм был согласован с равенством — равные КДЧ он должен перерабатывать в равные КДЧ. Т. о., получается следующее определение — алгорифм F над алфавитом 01 есть конструктивная функция действительного переменного, если соблюдаются следующие условия: 1) F перерабатывает всякое КДЧ, к которому он применим, в КДЧ; 2) всякий раз, когда F применим к каким-либо КДЧ х, он применим и ко всякому КДЧ у, равному х, и КДЧ F (x ) и F (y ) равны.
На основе этого определения была разработана конструктивная теория функций действительного переменного. Одним из наиболее интересных её результатов является теорема о непрерывности конструктивных функций: всякая конструктивная функция действительного переменного непрерывна всюду, где она определена. Вместе с тем выяснено, что в теории конструктивных функций не имеют место аналоги классических теорем Вейерштрасса и Кантора о непрерывных функциях на сегменте. В частности, были построены: 1) неограниченная конструктивная (и потому непрерывная) функция на сегменте [0,1]; 2) ограниченная на этом сегменте конструктивная функция, не имеющая точной верхней границы; 3) конструктивная функция, имеющая на сегменте [0,1] точную верхнюю границу, но не достигающая её; 4) ограниченная на сегменте [0,1] конструктивная функция, не являющаяся равномерно непрерывной ни на каком сегменте, содержащемся в сегменте [0,1]. Эти результаты выявляют глубокое отличие конструктивного математического анализа от анализа теоретико-множественного.
В настоящее время (70-е гг. 20 в.) успешно разрабатываются многие отделы К. м.: конструктивные теории дифференцирования и интегрирования, конструктивная теория метрических пространств, конструктивный функциональный анализ, конструктивная теория функций комплексного переменного и др.
Лит.: Марков А. А., Теория алгорифмов, «Тр. Математического института АН СССР», 1954, т. 42; Проблемы конструктивного направления в математике, в. 1—5, там же, 1958, т. 52; 1962, т. 67; 1964, т. 72; 1967, т. 93; 1970, т. 113; Фан Динь Зиеу, Некоторые вопросы конструктивного функционального анализа, там же, 1970, т. 114.
А. А. Марков.
Конструктивная теория функций
Конструкти'вная тео'рия фу'нкций, раздел теории функций, в котором изучаются как приближённые представления функций, так и сами функции, исходя из свойств их приближённых представлений. К. т. ф. оформилась в самостоятельную дисциплину в трудах С. Н. Бернштейна (термин «К. т. ф.» принадлежит ему же), который исходил из идей П. Л. Чебышева, относящихся к наилучшим приближениям функций, интерполированию по способу наименьших квадратов и проблеме моментов.