事實上複數不是不能 "比大小", 如果 "比大小" 是要定出某些順序的
話, 還是可以比的; 而且也不能說那樣比是沒有用, 沒有意義的.
所謂 "複數不能比大小", 其實是建立在我們討論實數時對 "比大小"
這件事所要求滿足的特性:
(1) 任何兩數 a, b 或者 a>b, 或者 b>a (也可寫成 a<b), 或者 a=b,
三者恰一成立.
(2) 若 a>b, 則對任意 c, 均得 a+c>b+c.
(3) 若 a>b, 則對任意 c>0 得 ac>bc.
由這些基本要求, 可以證明出一些大家熟知的定理. 例如:
[1] a>b 若且唯若 a-b>0. (a-b 定義為 a+(-b).)
[證] a>b, 則 a-b = a+(-b) > b+(-b) = 0;
反之, a-b>0, 則 a = a+(b+(-b)) = (a+(-b))+b = (a-b)+b > 0+b = b.
[2] 若 a>0 則 -a<0. (反之亦然: a<0 則 -a>0.)
[證] 若 a>0, 則 0<a, 所以 -a = 0+(-a) < a+(-a) = 0.
[3] 若 a>b, c<0, 則 ac<bc.
[證]
c<0, 所以 -c>0, 所以 a(-c)>b(-c), 所以 -ac>-bc,
所以 -ac-(-bc) > 0, 所以 -(ac-bc)>0, 所以 ac-bc<0, 所以 ac<bc.
現在回頭來看為什麼說複數不能比大小?
假設在複數系上能定義出一個滿足前述三個基本條件
令 i 為虛數單位.
因 i≠0, 所以 i>0 或 i<0 恰一成立.
設 i>0, 則 -1 = i.i > 0.i = 0.
但可證得 1 > 0, 因此 -1 < 0.
以上兩者矛盾, 表示 i>0 不成立.
設 i < 0, 所以 -1 = i.i > 0.i = 0, 又出現 -1 > 0 的矛盾結果.
所以, 在複數系上無法定出滿足前述三條件的大小順序關係.
2013-10-10 14:08:30 補充:
若是 "比大小" 只是 "排序", 複數當然可以比大小.
定義:
兩複數 x, y, 定義 x < y 為
(1) Re(x) < Re(y), 或
(2) Re(x) = Re(y) 且 Im(x) < Im(y).
則: 若 x≠y, 必有 x < y 或 y < x.
也就是說, 三一律成立.
又: 若 x < y 且 y < z, 則 x < z.
遞移律成立.