Element najmniejszy i największy

Z Wikipedii

Element x w częściowo uporządkowanym zbiorze (P, ≤) nazywamy najmniejszym, jeśli jest on mniejszy (lub równy) od każdego elementu zbioru:

$\forall y \in P : x \le y$

Niektórzy autorzy oznaczają element najmniejszy przez $\bot$ .^{[potrzebne źródło]}

Podobnie, element x w częściowo uporządkowanym zbiorze (P, ≤) nazywamy największym, jeśli jest on większy (lub równy) kod każdego elementu zbioru:

$\forall y \in P : y \le x$

Niektórzy autorzy oznaczają element największy przez $\top$ .^{[potrzebne źródło]}

Z definicji wynika, że zarówno element największy jak i najmniejszy są porównywalne z każdym elementem zbioru P.

Nie każdy zbiór częściowo uporządkowany ma element najmniejszy i największy. Np. zbiór liczb naturalnych częściowo uporządkowany relacją podzielności – każda liczba jest "większa" od swych dzielników, tzn. m jest "mniejsze" od n jeśli jest dzielnikiem liczby n: $m \preccurlyeq n \iff m|n$ – ma element najmniejszy (jest nim liczba 1, która dzieli każdą liczbę naturalną), ale nie ma największego (nie istnieje liczba naturalna, która dzieliłaby się przez każdą inną).
Z drugiej strony zbiór liczb $G = {2,3,4,6,24}$ uporządkowany według tej samej reguły nie ma elementu najmniejszego (brak w nim liczby, przez którą dzieliłaby się liczba 2 i liczba 3), za to ma element największy (jest nim liczba 24, która dzieli się przez każdą z pozostałych liczb zbioru G).

Nawet porządek liniowy nie gwarantuje istnienia elementów najmniejszego i największego, jeśli zbiór jest nieskończony:

zbiór liczb ${1,2,3}$ z naturalnym porządkiem $\le$ ma oba te elementy: najmniejszym jest 1, największym 3;
zbiór liczb naturalnych $\mathbb N = \{1, 2, 3, \dots\}$ ma element najmniejszy (jest nim 1), ale nie ma największego;
zbiór liczb całkowitych $\mathbb Z = \{\dots, -2, -1, 0, 1, 2, \dots\}$ nie ma ani elementu najmniejszego ani największego;

aczkolwiek nieskończona moc zbioru nie przesądza o braku elementu najmniejszego lub największego:

zbiór $Q_1 = \mathbb Q \cap [0,1]$ liczb wymiernych w przedziale domkniętym $[0,1]$ ma element najmniejszy (zero) i największy (jedność), ale
zbiory $Q_2 = \mathbb Q \cap (0,1)$ liczb wymiernych w przedziale otwartym o krańcach wymiernych $(0,1)$ oraz
$Q_3 = \mathbb Q \cap \left[\sqrt 2, \pi\right]$ w przedziale domkniętym o krańcach niewymiernych elementu najmniejszego ani największego nie mają.

[edytuj] Przykład

Jednym z typowych przykładów częściowego porządku jest relacja zawierania się zbiorów w dowolnej przestrzeni topologicznej. W tym uporządkowaniu istnieje zarówno element najmniejszy jak i największy. Elementem najmniejszym jest zbiór pusty, gdyż zbiór pusty zawiera się w każdym innym podzbiorze przestrzeni. Elementem największym jest cała przestrzeń – gdyż każdy podzbiór przestrzeni zawiera się w tej przestrzeni.