一个戴德金分割将有理数分成两个集合A和B,使A的所有元素都小于B的所有元素,且A不包含最大元素(开集)。集合B在有理数中可能有最小的元素,也可能没有。如果B有一个最小的元素,则分割对应于该有理数。否则,这个分割定义了一个唯一的无理数。换句话说,A包含了小于分割的所有有理数,B包含了大于或等于分割的所有有理数。分割处等于两个集合中都不存在的无理数。每个实数都等于一个且只有一个有理数。
这样,每个分割确实定义了一个无理数。从无理数的真正性质去看,在建立一个无理数理论之前,有必要先彻底理解数学上的无穷。在戴德金的分割定义中明显地需要无穷类,而这样的类将导致严重的逻辑困难。
数学家对这些困难是否影响到数学的前后一贯的发展有不同的看法。没有一个前后一贯的数学无穷理论,就没有无理数理论;没有无理数理论,就没有与我们现在所有的即便稍许相似的任何形式的数学分析;最后,如果没有分析,那么像现在存在的大部分数学(包括几何和大部分应用数学),也就不复存在。
因此,数学家们所面临的最重要的任务,看来是构造一个令人满意的无穷理论。康托尔尝试了这件事,并取得了极大的成功。
代数数

戴德金对“数”的概念作出的另一个突出贡献是在代数数方面。对于所论基本问题的性质,我们必须提到代数数域和代数整数分解成素因子。这个问题的关键在于,在一些这样的域中分解成的素因子不像在普通算术中那样是唯一的。戴德金通过创立他称为“理想”的东西,恢复了他希望得到的“唯一性”。一个理想不是一个数,而是一个数的无穷类,所以戴德金又回到了“无穷”中以克服他的困难。
理想这个概念是不难领会的,虽然有悖于常识,但常识总是要受到冲击的。一个理想必须至少做两件事∶它必须实际上让普通的(有理)算术任其自然;它必须迫使代数整数遵守算术的基本定律(唯一地分解成素数)。
包含得较多的类整除包含得较少的类,这一点涉及下面的现象(以及它的推广)。考虑2整除4这一事实。代替这个明显的事实(如果进入代数数域,它什么也得不出),我们用所有2的整数倍数的类代替2。为方便起见,我们用(2)来表示这个类。同样,用(4)表示4的所有整数倍数的类。现在很明显,(2)是包含得更多的类;事实上(2)包含(4)中所有的数。(2)包含(4)这一事实用符号来表示,写成

很容易就能看出,如果m,n是任意普通整数,那么当且仅当m整除n时,有

这提醒我们,普通算术可除性的概念可以由(刚刚叙述的)类包含的概念来代替,但是如果这样代替不能保持算术可除性特有的性质,那么它就是无益的。可以详细说明它确实保持了这些性质,这里仅举一个例子。如果m整除n,n整除l,那么m整除l。例如,12整除24,24整除72,12确实整除72。像上面那样转换到类,这就成为∶如果类(m)包含类(n),且如果类(n)包含类(l),那么类(m)包含类(l)。结果是,当我们加上“乘法”的定义∶(m)×(n)定义为类(mn),如(2)×(6)=(12)时,数用它们相应的类来代替,就做到了所需要的事。注意,上述乘法是定义,并不意味着可以从(m)和(n)的意义中得出。
戴德金对于代数数的理想是上述内容的推广。戴德金给出了一个抽象的定义,一个基于本质属性的定义,而不是基于表示或描述被定义事物的特定模式而下的定义。
考虑一个给定代数数域中的所有代数整数的集合(或类)。在这个包含一切的集中有一些子集。一个子集若有下面两个性质则被称为一个理想。
- 子集中任意两个整数的和与差仍在该子集中。
- 如果子集中的任何整数由在全包含集中的任何整数去乘,所得的整数仍在该子集中。
这样,一个理想是整数的一个无穷类。可以很容易看出,根据理想的定义,前面所定义的(m),(n),…,都是理想。如果一个理想包含另一个理想,就说第一个理想整除第二个。
可以证明每一个理想都是形为
