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(b) Determine for what A∈symn×n(R) the set {λA|λ∈R}is totally ordered by

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Fachbereich Mathematik und Statistik Prof. Dr. Salma Kuhlmann

Lothar Sebastian Krapp Simon Müller

WS 2018 / 2019

Real Algebraic Geometry I

Exercise Sheet 1

Orderings and Dedekind cuts

Exercise 1 (4 points)

Let n ∈N and let symn×n(R) denote the set of all symmetric (n×n)-matrices over R. A matrix A∈symn×n(R) is called positive semi-definite (psd) ifvtAv≥0 for any v∈Rn. Consider the relation≤ on symn×n(R) given by

AB :⇐⇒BA is psd.

(a) Show that for n≥2, the relation ≤is a partial order on symn×n(R) which is NOT total.

(b) Determine for what A∈symn×n(R) the set {λA|λ∈R}is totally ordered by ≤.

Exercise 2 (4 points)

(a) Let be the relation on R[x] defined as follows: For any p(x) = anxn+. . .+a1x +a0 and q(x) =bmxm+. . .+b1x +b0,

p(x)q(x) :⇐⇒aibi for all i∈N0,

where we setai = 0 fori > nandbi = 0 fori > m. Show thatdefines a partial order onR[x]

which is NOT total.

(b) We denote the set of formal power series in one variableby

R[[x]] :=

( X

i=0

aixi

ai ∈R )

.

Note thatR[x] is a subset ofR[[x]].

Let ≤be the total order on R[x] given in Lecture 1. Show that≤ can be extended to a total order on R[[x]], i.e. find a total order ≤0 on R[[x]] such that for anyp(x), q(x)∈R[x],

p(x)0 q(x)⇐⇒p(x)q(x).

1

(2)

(c) Let RN be the set of all real-valued sequences. Find a total order ≤ on RN and an order- preserving bijection

ϕ:RN,→ R[[x]],0,

i.e. a bijection ϕ from RN to R[[x]] such that for any a, b ∈ RN, if ab, then ϕ(a)0 ϕ(b), where≤0 is the total order from (b).

(d) For a sequence a= (an)n∈N∈RN we define the support of aby supp(a) :={n∈N|an6= 0}.

Let F ⊆ RN be the set of all sequences with finite support. Describe the totally ordered set (ϕ(F),≤0).

Exercise 3 (4 points)

Let (K,≤) be an ordered field and denote byK× the multiplicative group K\ {0}. Prove that the following are equivalent:

(i) (K,≤) is Archimedean.

(ii) For any a, bK× there existsn∈Nsuch that|a|< n|b|and |b|< n|a|.

(iii) K contains no infinitesimal positive element.

(iv) Zis coterminal inK.

Exercise 4 (4 points)

(a) Let (Γ,≤) be a totally ordered set. Show that (Γ,≤) is Dedekind complete if and only if (Γ,≤) has no free Dedekind cut.

(b) Let (K,≤) be a Dedekind complete ordered field. Show that (K,≤) is Archimedean.

Please hand in your solutions by Friday, 02 November 2018, 15:00h(postbox 16 in F4).

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