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Kapitel 1. Natürliche Zahlen

§ 1. Axiome

Wir nehmen als gegeben an:

Eine Menge, d. h. Gesamtheit, von Dingen, natürliche Zahlen genannt, mit den nachher aufzuzählenden Eigenschaften, Axiome genannt.

Vor der Formulierung der Axiome sei einiges in bezug auf die benutzten Zeichen == und \neq vorangeschickt.

Kleine lateinische Buchstaben bedeuten in diesem Buch, wenn nichts anderes gesagt wird, durchweg natürliche Zahlen.

Ist xx gegeben und yy gegeben, so sind

entweder xx und yy dieselbe Zahl; das kann man auch

x=yx = y

schreiben (== sprich: gleich);

oder xx und yy nicht dieselbe Zahl; das kann man auch

xyx \neq y

schreiben (\neq sprich: ungleich).

Hiernach gilt aus rein logischen Gründen:

  1. x=xx = x für jedes xx.

  2. Aus

x=yx = y

folgt

y=x.y = x.
  1. Aus
x=y,y=zx = y, \quad y = z

folgt

x=z.x = z.

Eine Schreibweise wie

a=b=c=d,a = b = c = d,

mit der zunächst nur

a=b,b=c,c=da = b, \quad b = c, \quad c = d

gemeint ist, enthält also überdies z. B.

a=c,a=d,b=d.a = c, \quad a = d, \quad b = d.

(Entsprechend in den späteren Kapiteln.)

Von der Menge der natürlichen Zahlen nehmen wir nun an, daß sie die Eigenschaften hat:

Axiom 1: 1 ist eine natürliche Zahl.

D. h. unsere Menge ist nicht leer; sie enthält ein Ding, das 1 (sprich: Eins) heißt.

Axiom 2: Zu jedem xx gibt es genau eine natürliche Zahl, die der Nachfolger von xx heißt und mit xx' bezeichnet werden möge.

Bei komplizierten xx wird die Zahl, um deren Nachfolger es sich handelt, eingeklammert, wenn sonst ein Mißverständnis zu befürchten ist. Entsprechendes gilt im ganzen Buch bei x+yx + y, xyxy, xyx - y, x-x, xyx^y u. dgl.

Aus

x=yx = y

folgt also

x=y.x' = y'.

Axiom 3: Stets ist

x1.x' \neq 1.

D. h. es gibt keine Zahl mit dem Nachfolger 1.

Axiom 4: Aus

x=yx' = y'

folgt

x=y.x = y.

D. h. zu jeder Zahl gibt es keine oder genau eine, deren Nachfolger jene Zahl ist.

Axiom 5 (Induktionsaxiom): Es sei M\mathfrak{M} eine Menge natürlicher Zahlen mit den Eigenschaften:

I) 1 gehört zu M\mathfrak{M}.

II) Wenn xx zu M\mathfrak{M} gehört, so gehört xx' zu M\mathfrak{M}.

Dann umfaßt M\mathfrak{M} alle natürlichen Zahlen.

§ 2. Addition

Satz 1: Aus

xyx \neq y

folgt

xy.x' \neq y'.

Beweis: Sonst wäre

x=y,x' = y',

also nach Axiom 4

x=y.x = y.

Satz 2:

xx.x' \neq x.

Beweis: M\mathfrak{M} sei die Menge der xx, für die dies gilt.

I) Nach Axiom 1 und Axiom 3 ist

11;1' \neq 1;

also gehört 1 zu M\mathfrak{M}.

II) Ist xx zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

xx,x' \neq x,

also nach Satz 1

(x)x,(x')' \neq x',

also xx' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Nach Axiom 5 umfaßt also M\mathfrak{M} alle natürlichen Zahlen; d. h. für jedes xx ist

xx.x' \neq x.

Satz 3: Ist

x1,x \neq 1,

so gibt es ein (also nach Axiom 4 genau ein) uu mit

x=u.x = u'.

Beweis: M\mathfrak{M} sei die Menge, die aus der Zahl 1 und denjenigen xx besteht, zu denen es ein solches uu gibt. (Von selbst ist jedes derartige

x1x \neq 1

nach Axiom 3.)

I) 1 gehört zu M\mathfrak{M}.

II) Ist xx zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist, wenn unter uu die Zahl xx verstanden wird,

x=u,x' = u',

also xx' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Nach Axiom 5 umfaßt also M\mathfrak{M} alle natürlichen Zahlen; zu jedem

x1x \neq 1

gibt es also ein uu mit

x=u.x = u'.

Satz 4, zugleich Definition 1: Auf genau eine Art läßt sich jedem Zahlenpaar xx, yy eine natürliche Zahl, x+yx + y genannt (++ sprich: plus), so zuordnen, daß

  1. x+1=xx + 1 = x' für jedes xx,

  2. x+y=(x+y)x + y' = (x + y)' für jedes xx und jedes yy.

x+yx + y heißt die Summe von xx und yy oder die durch Addition von yy zu xx entstehende Zahl.

Beweis: A) Zunächst zeigen wir, daß es bei jedem festen xx höchstens eine Möglichkeit gibt, x+yx + y für alle yy so zu definieren, daß

x+1=xx + 1 = x'

und

x+y=(x+y)fu¨r jedes y.x + y' = (x + y)' \quad \text{für jedes } y.

Es seien aya_y und byb_y für alle yy definiert und so beschaffen, daß

ay=(ay),by=(by)fu¨r jedes y.a_{y'} = (a_y)', \quad b_{y'} = (b_y)' \quad \text{für jedes } y.

M\mathfrak{M} sei die Menge der yy mit

ay=by.a_y = b_y.

I)

a1=x=b1;a_1 = x' = b_1;

1 gehört also zu M\mathfrak{M}.

II) Ist yy zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

ay=by,a_y = b_y,

also nach Axiom 2

(ay)=(by),(a_y)' = (b_y)',

also

ay=(ay)=(by)=by,a_{y'} = (a_y)' = (b_y)' = b_{y'},

also yy' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Daher ist M\mathfrak{M} die Menge aller natürlichen Zahlen; d. h. für jedes yy ist

ay=by.a_y = b_y.

B) Wir zeigen jetzt, daß es zu jedem xx eine Möglichkeit gibt, x+yx + y für alle yy so zu definieren, daß

x+1=xx + 1 = x'

und

x+y=(x+y)fu¨r jedes y.x + y' = (x + y)' \quad \text{für jedes } y.

M\mathfrak{M} sei die Menge der xx, zu denen es eine (also nach A) genau eine) solche Möglichkeit gibt.

I) Für

x=1x = 1

leistet

x+y=yx + y = y'

das Gewünschte. Denn

x+1=1=x,x + 1 = 1' = x', x+y=(y)=(x+y).x + y' = (y')' = (x + y)'.

Also gehört 1 zu M\mathfrak{M}.

II) Es sei xx zu M\mathfrak{M} gehörig, also ein x+yx + y für alle yy vorhanden. Dann leistet

x+y=(x+y)x' + y = (x + y)'

das Gewünschte bei xx'. Denn

x+1=(x+1)=(x)x' + 1 = (x + 1)' = (x')'

und

x+y=(x+y)=((x+y))=(x+y).x' + y' = (x + y')' = ((x + y)')' = (x' + y)'.

Also gehört xx' zu M\mathfrak{M}.

Daher umfaßt M\mathfrak{M} alle xx.

Satz 5 (assoziatives Gesetz der Addition):

(x+y)+z=x+(y+z).(x + y) + z = x + (y + z).

Beweis: xx und yy seien fest, M\mathfrak{M} die Menge der zz, für die die Behauptung gilt.

I)

(x+y)+1=(x+y)=x+y=x+(y+1);(x + y) + 1 = (x + y)' = x + y' = x + (y + 1);

also gehört 1 zu M\mathfrak{M}.

II) zz gehöre zu M\mathfrak{M}. Dann ist

(x+y)+z=x+(y+z),(x + y) + z = x + (y + z),

also

(x+y)+z=((x+y)+z)=(x+(y+z))=x+(y+z)=x+(y+z),(x + y) + z' = ((x + y) + z)' = (x + (y + z))' = x + (y + z)' = x + (y + z'),

also zz' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Die Behauptung gilt also für alle zz.

Satz 6 (kommutatives Gesetz der Addition):

x+y=y+x.x + y = y + x.

Beweis: yy sei fest, M\mathfrak{M} die Menge der xx, für die die Behauptung gilt.

I) Es ist

y+1=yy + 1 = y'

und nach der Konstruktion beim Beweise des Satzes 4

1+y=y,1 + y = y',

also

1+y=y+1,1 + y = y + 1,

1 zu M\mathfrak{M} gehörig.

II) Ist xx zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

x+y=y+x,x + y = y + x,

also

(x+y)=(y+x)=y+x.(x + y)' = (y + x)' = y + x'.

Nach der Konstruktion beim Beweise des Satzes 4 ist

x+y=(x+y),x' + y = (x + y)',

also

x+y=y+x,x' + y = y + x',

also xx' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Die Behauptung gilt also für alle xx.

Satz 7:

yx+y.y \neq x + y.

Beweis: xx sei fest, M\mathfrak{M} die Menge der yy, für die die Behauptung gilt.

I)

1x+1;1 \neq x + 1;

1 gehört zu M\mathfrak{M}.

II) Ist yy zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

yx+y,y \neq x + y,

also

y(x+y),y' \neq (x + y)', yx+y,y' \neq x + y',

yy' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Die Behauptung gilt also für alle yy.

Satz 8: Aus

yzy \neq z

folgt

x+yx+z.x + y \neq x + z.

Beweis: Bei festen yy, zz mit

yzy \neq z

sei M\mathfrak{M} die Menge der xx mit

x+yx+z.x + y \neq x + z.

I)

yz,y' \neq z', 1+y1+z;1 + y \neq 1 + z;

1 gehört also zu M\mathfrak{M}.

II) Ist xx zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

x+yx+z,x + y \neq x + z,

also

(x+y)(x+z),(x + y)' \neq (x + z)', x+yx+z,x' + y \neq x' + z,

xx' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Also gilt die Behauptung stets.

Satz 9: Sind xx und yy gegeben, so liegt genau einer der Fälle vor:

  1. x=yx = y.

  2. Es gibt ein (also nach Satz 8 genau ein) uu mit

x=y+u.x = y + u.
  1. Es gibt ein (also nach Satz 8 genau ein) vv mit
y=x+v.y = x + v.

Beweis: A) Nach Satz 7 sind 1), 2) unverträglich und 1), 3) unverträglich. Aus Satz 7 folgt auch die Unverträglichkeit von 2), 3); denn sonst wäre

x=y+u=(x+v)+u=x+(v+u)=(v+u)+x.x = y + u = (x + v) + u = x + (v + u) = (v + u) + x.

Also liegt höchstens einer der Fälle 1), 2), 3) vor.

B) xx sei fest, M\mathfrak{M} die Menge der yy, für die einer (also nach A) genau einer) der Fälle 1), 2), 3) vorliegt.

I) Für y=1y = 1 ist nach Satz 3 entweder

x=1=y(Fall 1))x = 1 = y \quad \text{(Fall 1))}

oder

x=u=1+u=y+u(Fall 2)).x = u' = 1 + u = y + u \quad \text{(Fall 2))}.

Daher gehört 1 zu M\mathfrak{M}.

II) Es gehöre yy zu M\mathfrak{M}. Dann ist

entweder (Fall 1) bei yy)

x=y,x = y,

also

y=y+1=x+1(Fall 3) fu¨y);y' = y + 1 = x + 1 \quad \text{(Fall 3) für } y');

oder (Fall 2) bei yy)

x=y+u,x = y + u,

also, wenn

u=1,u = 1, x=y+1=y(Fall 1) fu¨y);x = y + 1 = y' \quad \text{(Fall 1) für } y');

wenn

u1,u \neq 1,

nach Satz 3

u=w=1+w,u = w' = 1 + w, x=y+(1+w)=(y+1)+w=y+w(Fall 2) fu¨y);x = y + (1 + w) = (y + 1) + w = y' + w \quad \text{(Fall 2) für } y');

oder (Fall 3) bei yy)

y=x+v,y = x + v,

also

y=(x+v)=x+v(Fall 3) fu¨y).y' = (x + v)' = x + v' \quad \text{(Fall 3) für } y').

Jedenfalls gehört also yy' zu M\mathfrak{M}.

Daher liegt stets einer der Fälle 1), 2), 3) vor.

§ 3. Ordnung

Definition 2: Ist

x=y+u,x = y + u,

so ist

x>y.x > y.

(>> sprich: größer als.)

Definition 3: Ist

y=x+v,y = x + v,

so ist

x<y.x < y.

(<< sprich: kleiner als.)

Satz 10: Sind xx, yy beliebig, so liegt genau einer der Fälle

x=y,x>y,x<yx = y, \quad x > y, \quad x < y

vor.

Beweis: Satz 9, Definition 2 und Definition 3.

Satz 11: Aus

x>yx > y

folgt

y<x.y < x.

Beweis: Beides besagt

x=y+ux = y + u

bei passendem uu.

Satz 12: Aus

x<yx < y

folgt

y>x.y > x.

Beweis: Beides besagt

y=x+vy = x + v

bei passendem vv.

Definition 4:

xyx \geqq y

bedeutet

x>yoderx=y.x > y \quad \text{oder} \quad x = y.

(\geqq sprich: größer oder gleich.)

Definition 5:

xyx \leqq y

bedeutet

x<yoderx=y.x < y \quad \text{oder} \quad x = y.

(\leqq sprich: kleiner oder gleich.)

Satz 13: Aus

xyx \geqq y

folgt

yx.y \leqq x.

Beweis: Satz 11.

Satz 14: Aus

xyx \leqq y

folgt

yx.y \geqq x.

Beweis: Satz 12.

Satz 15 (Transitivität der Ordnung): Aus

x<y,y<zx < y, \quad y < z

folgt

x<z.x < z.

Vorbemerkung: Aus

x>y,y>zx > y, \quad y > z

folgt also (wegen

z<y,y<x,z < y, \quad y < x, z<x)z < x) x>z;x > z;

aber solche trivialerweise durch Rückwärtslesen entstehenden Wortlaute schreibe ich in der Folge nicht erst auf.

Beweis: Bei passenden vv, ww ist

y=x+v,z=y+w,y = x + v, \quad z = y + w,

also

z=(x+v)+w=x+(v+w),z = (x + v) + w = x + (v + w), x<z.x < z.

Satz 16: Aus

xy,  y<zoderx<y,  yzx \leqq y, \; y < z \quad \text{oder} \quad x < y, \; y \leqq z

folgt

x<z.x < z.

Beweis: Mit dem Gleichheitszeichen in der Voraussetzung klar; sonst durch Satz 15 erledigt.

Satz 17: Aus

xy,yzx \leqq y, \quad y \leqq z

folgt

xz.x \leqq z.

Beweis: Mit zwei Gleichheitszeichen in der Voraussetzung klar; sonst durch Satz 16 erledigt.

Nach den Sätzen 15 bis 17 ist eine Schreibweise wie

a<bc<da < b \leqq c < d

gerechtfertigt; das heißt zunächst

a<b,bc,c<d,a < b, \quad b \leqq c, \quad c < d,

enthält aber nach jenen Sätzen auch z. B.

a<c,a<d,b<d.a < c, \quad a < d, \quad b < d.

(Entsprechend in den späteren Kapiteln.)

Satz 18:

x+y>x.x + y > x.

Beweis:

x+y=x+y.x + y = x + y.

Satz 19: Aus

x>ybzw.x=ybzw.x<yx > y \quad \text{bzw.} \quad x = y \quad \text{bzw.} \quad x < y

folgt

x+z>y+zbzw.x+z=y+zbzw.x+z<y+z.x + z > y + z \quad \text{bzw.} \quad x + z = y + z \quad \text{bzw.} \quad x + z < y + z.

Beweis: 1) Aus

x>yx > y

folgt

x=y+u,x = y + u, x+z=(y+u)+z=(u+y)+z=u+(y+z)=(y+z)+u,x + z = (y + u) + z = (u + y) + z = u + (y + z) = (y + z) + u, x+z>y+z.x + z > y + z.
  1. Aus
x=yx = y

folgt natürlich

x+z=y+z.x + z = y + z.
  1. Aus
x<yx < y

folgt

y>x,y > x,

also nach 1)

y+z>x+z,y + z > x + z, x+z<y+z.x + z < y + z.

Satz 20: Aus

x+z>y+zbzw.x+z=y+zbzw.x+z<y+zx + z > y + z \quad \text{bzw.} \quad x + z = y + z \quad \text{bzw.} \quad x + z < y + z

folgt

x>ybzw.x=ybzw.x<y.x > y \quad \text{bzw.} \quad x = y \quad \text{bzw.} \quad x < y.

Beweis: Folgt aus Satz 19, da die drei Fälle beide Male sich ausschließen und alle Möglichkeiten erschöpfen.

Satz 21: Aus

x>y,z>ux > y, \quad z > u

folgt

x+z>y+u.x + z > y + u.

Beweis: Nach Satz 19 ist

x+z>y+zx + z > y + z

und

y+z=z+y>u+y=y+u,y + z = z + y > u + y = y + u,

also

x+z>y+u.x + z > y + u.

Satz 22: Aus

xy,  z>uoderx>y,  zux \geqq y, \; z > u \quad \text{oder} \quad x > y, \; z \geqq u

folgt

x+z>y+u.x + z > y + u.

Beweis: Mit dem Gleichheitszeichen in der Voraussetzung durch Satz 19, sonst durch Satz 21 erledigt.

Satz 23: Aus

xy,zux \geqq y, \quad z \geqq u

folgt

x+zy+u.x + z \geqq y + u.

Beweis: Mit zwei Gleichheitszeichen in der Voraussetzung klar; sonst durch Satz 22 erledigt.

Satz 24:

x1.x \geqq 1.

Beweis: Entweder ist

x=1x = 1

oder

x=u=u+1>1.x = u' = u + 1 > 1.

Satz 25: Aus

y>xy > x

folgt

yx+1.y \geqq x + 1.

Beweis:

y=x+u,y = x + u, u1,u \geqq 1,

also

yx+1.y \geqq x + 1.

Satz 26: Aus

y<x+1y < x + 1

folgt

yx.y \leqq x.

Beweis: Sonst wäre

y>x,y > x,

also nach Satz 25

yx+1.y \geqq x + 1.

Satz 27: In jeder nicht leeren Menge natürlicher Zahlen gibt es eine kleinste (d. h. eine, die kleiner ist als jede etwaige andere).

Beweis: N\mathfrak{N} sei die gegebene Menge. M\mathfrak{M} sei die Menge der xx, die \leqq jeder Zahl aus N\mathfrak{N} sind.

1 gehört zu M\mathfrak{M} nach Satz 24. Nicht jedes xx gehört zu M\mathfrak{M}; denn für jedes yy aus N\mathfrak{N} gehört y+1y + 1 nicht zu M\mathfrak{M}, wegen

y+1>y.y + 1 > y.

Also gibt es in M\mathfrak{M} ein mm, so daß m+1m + 1 nicht zu M\mathfrak{M} gehört; denn sonst müßte nach Axiom 5 jede natürliche Zahl zu M\mathfrak{M} gehören.

Von jenem mm behaupte ich, daß es \leqq jedem nn aus N\mathfrak{N} ist und zu N\mathfrak{N} gehört. Ersteres steht schon fest. Letzteres folgt indirekt so: Wäre mm nicht zu N\mathfrak{N} gehörig, so wäre für jedes nn aus N\mathfrak{N}

m<n,m < n,

also nach Satz 25

m+1n;m + 1 \leqq n;

m+1m + 1 würde also zu M\mathfrak{M} gehören, gegen das Obige.

§ 4. Multiplikation

Satz 28, zugleich Definition 6: Auf genau eine Art läßt sich jedem Zahlenpaar xx, yy eine natürliche Zahl, xyx \cdot y genannt (\cdot sprich: mal; aber man schreibt den Punkt meist nicht), so zuordnen, daß

  1. x1=xx \cdot 1 = x für jedes xx,

  2. xy=xy+xx \cdot y' = x \cdot y + x für jedes xx und jedes yy.

xyx \cdot y heißt das Produkt von xx mit yy oder die durch Multiplikation von xx mit yy entstehende Zahl.

Beweis (mutatis mutandis wörtlich mit dem des Satzes 4 übereinstimmend): A) Zunächst zeigen wir, daß es bei jedem festen xx höchstens eine Möglichkeit gibt, xyxy für alle yy so zu definieren, daß

x1=xx \cdot 1 = x

und

xy=xy+xfu¨r jedes y.xy' = xy + x \quad \text{für jedes } y.

Es seien aya_y und byb_y für alle yy definiert und so beschaffen, daß

a1=x,b1=x,a_1 = x, \quad b_1 = x, ay=ay+x,by=by+xfu¨r jedes y.a_{y'} = a_y + x, \quad b_{y'} = b_y + x \quad \text{für jedes } y.

M\mathfrak{M} sei die Menge der yy mit

ay=by.a_y = b_y.

I)

a1=x=b1;a_1 = x = b_1;

1 gehört also zu M\mathfrak{M}.

II) Ist yy zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

ay=by,a_y = b_y,

also

ay=ay+x=by+x=by,a_{y'} = a_y + x = b_y + x = b_{y'},

also yy' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Daher ist M\mathfrak{M} die Menge aller natürlichen Zahlen; d. h. für jedes yy ist

ay=by.a_y = b_y.

B) Wir zeigen jetzt, daß es zu jedem xx eine Möglichkeit gibt, xyxy für alle yy so zu definieren, daß

x1=xx \cdot 1 = x

und

xy=xy+xfu¨r jedes y.xy' = xy + x \quad \text{für jedes } y.

M\mathfrak{M} sei die Menge der xx, zu denen es eine (also nach A) genau eine) solche Möglichkeit gibt.

I) Für

x=1x = 1

leistet

xy=yxy = y

das Gewünschte. Denn

x1=1=x,x \cdot 1 = 1 = x, xy=y=y+1=xy+x.xy' = y' = y + 1 = xy + x.

Also gehört 1 zu M\mathfrak{M}.

II) Es sei xx zu M\mathfrak{M} gehörig, also ein xyxy für alle yy vorhanden. Dann leistet

xy=xy+yx'y = xy + y

das Gewünschte bei xx'. Denn

x1=x1+1=x+1=xx' \cdot 1 = x \cdot 1 + 1 = x + 1 = x'

und

xy=xy+y=(xy+x)+y=xy+(x+y)=xy+(x+y)=xy+(x+y)=xy+(y+x)=(xy+y)+x=xy+x.\begin{aligned} x'y' &= xy' + y' = (xy + x) + y' = xy + (x + y') = xy + (x + y)' \\ &= xy + (x' + y) = xy + (y + x') = (xy + y) + x' = x'y + x'. \end{aligned}

Also gehört xx' zu M\mathfrak{M}.

Daher umfaßt M\mathfrak{M} alle xx.

Satz 29 (kommutatives Gesetz der Multiplikation):

xy=yx.xy = yx.

Beweis: yy sei fest, M\mathfrak{M} die Menge der xx, für die die Behauptung gilt.

I) Es ist

y1=yy \cdot 1 = y

und nach der Konstruktion beim Beweise des Satzes 28

1y=y,1 \cdot y = y,

also

1y=y1,1 \cdot y = y \cdot 1,

1 zu M\mathfrak{M} gehörig.

II) Ist xx zu M\mathfrak{M} gehörig, so ist

xy=yx,xy = yx,

also

xy+y=yx+y=yx.xy + y = yx + y = yx'.

Nach der Konstruktion beim Beweise des Satzes 28 ist

xy=xy+y,x'y = xy + y,

also

xy=yx,x'y = yx',

also xx' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Die Behauptung gilt also für alle xx.

Satz 30 (distributives Gesetz):

x(y+z)=xy+xz.x(y + z) = xy + xz.

Vorbemerkung: Die aus Satz 30 und Satz 29 fließende Formel

(y+z)x=yx+zx(y + z)x = yx + zx

und ähnliche Analoga späterhin brauchen nicht besonders als Sätze formuliert oder auch nur aufgeschrieben zu werden.

Beweis: Bei festen xx, yy sei M\mathfrak{M} die Menge der zz, für die die Behauptung gilt.

I)

x(y+1)=xy=xy+x=xy+x1;x(y + 1) = xy' = xy + x = xy + x \cdot 1;

1 gehört zu M\mathfrak{M}.

II) Wenn zz zu M\mathfrak{M} gehört, ist

x(y+z)=xy+xz,x(y + z) = xy + xz,

also

x(y+z)=x((y+z))=x(y+z)+x=(xy+xz)+x=xy+(xz+x)=xy+xz,\begin{aligned} x(y + z') &= x((y + z)') = x(y + z) + x = (xy + xz) + x \\ &= xy + (xz + x) = xy + xz', \end{aligned}

also zz' zu M\mathfrak{M} gehörig.

Daher gilt die Behauptung stets.

Satz 31 (assoziatives Gesetz der Multiplikation):

(xy)z=x(yz).(xy)z = x(yz).

Beweis: xx und yy seien fest, M\mathfrak{M} die Menge der zz, für die die Behauptung gilt.

I)

(xy)1=xy=x(y1);(xy) \cdot 1 = xy = x(y \cdot 1);

also gehört 1 zu M\mathfrak{M}.

II) zz gehöre zu M\mathfrak{M}. Dann ist

(xy)z=x(yz),(xy)z = x(yz),

also unter Benutzung von Satz 30

(xy)z=(xy)z+xy=x(yz)+xy=x(yz+y)=x(yz),(xy)z' = (xy)z + xy = x(yz) + xy = x(yz + y) = x(yz'),

also zz' zu M\mathfrak{M} gehörig.

M\mathfrak{M} umfaßt also alle natürlichen Zahlen.

Satz 32: Aus

x>ybzw.x=ybzw.x<yx > y \quad \text{bzw.} \quad x = y \quad \text{bzw.} \quad x < y

folgt

xz>yzbzw.xz=yzbzw.xz<yz.xz > yz \quad \text{bzw.} \quad xz = yz \quad \text{bzw.} \quad xz < yz.

Beweis: 1) Aus

x>yx > y

folgt

x=y+u,x = y + u, xz=(y+u)z=yz+uz>yz.xz = (y + u)z = yz + uz > yz.
  1. Aus
x=yx = y

folgt natürlich

xz=yz.xz = yz.
  1. Aus
x<yx < y

folgt

y>x,y > x,

also nach 1)

yz>xz,yz > xz, xz<yz.xz < yz.

Satz 33: Aus

xz>yzbzw.xz=yzbzw.xz<yzxz > yz \quad \text{bzw.} \quad xz = yz \quad \text{bzw.} \quad xz < yz

folgt

x>ybzw.x=ybzw.x<y.x > y \quad \text{bzw.} \quad x = y \quad \text{bzw.} \quad x < y.

Beweis: Folgt aus Satz 32, da die drei Fälle beide Male sich ausschließen und alle Möglichkeiten erschöpfen.

Satz 34: Aus

x>y,z>ux > y, \quad z > u

folgt

xz>yu.xz > yu.

Beweis: Nach Satz 32 ist

xz>yzxz > yz

und

yz=zy>uy=yu,yz = zy > uy = yu,

also

xz>yu.xz > yu.

Satz 35: Aus

xy,  z>uoderx>y,  zux \geqq y, \; z > u \quad \text{oder} \quad x > y, \; z \geqq u

folgt

xz>yu.xz > yu.

Beweis: Mit dem Gleichheitszeichen in der Voraussetzung durch Satz 32, sonst durch Satz 34 erledigt.

Satz 36: Aus

xy,zux \geqq y, \quad z \geqq u

folgt

xzyu.xz \geqq yu.

Beweis: Mit zwei Gleichheitszeichen in der Voraussetzung klar; sonst durch Satz 35 erledigt.