存在しない例1
たとえば、自然数全体の集合を考えましょう。
自然数は普通、記号$\displaystyle{\mathbb{N}}$を使って表されます。
さて、自然数の中で、最小元は
$\displaystyle{\min\mathbb{N}=1}$です。
だって、自然数の中で一番小さな元は1だからです。
しかし、
$\displaystyle{\max\mathbb{N}}$
は・・・?
自然数は、どこまでも無限に大きくなっていきます。
つまり、自然数には最大元は存在しません。
同様に、今度は整数全体$\displaystyle{\mathbb{Z}}$を考えてみますと、
今度は、最小元も最大元も存在しません。
なぜなら、整数は負の数も含んでしまうため、
小さくなろうとすれば無限に小さくなるからです。
このように、上か下に限りのない集合は、
最大元や最小元は存在しないことが分かります。
このように、上に(下に)限りのない集合のことを、
上に(下)に有界でないと、いいます。
存在しない例2
自然数など、上に限りのない集合には、
最大元が存在しません。
それでは、上に有界な集合、
例えば1より大きな数を含まない集合は最大元を含むでしょうか?
例えば以下の集合、
$\displaystyle{[0,1)=\{n|0{\leqq}n{\lt}1\}}$
を考えましょう。
この集合は、0以上かつ1より小さな数を全て含んだ集合です。
さて、この集合の最大元と最小元は何でしょうか?
最小元は、
$\displaystyle{\min[0,1)=0}$
となります。
しかし、最大元は、
$\displaystyle{\max[0,1)=1}$
でしょうか???
いいえ、1はこの集合の元に含まれていません。
この集合の元は、1より小さな数のはずです。
だったら最大元は0.9?
いや、0.9より大きな元0.99も存在します。
つまり、この集合には最大元が定義しようがないのです。
この場合も、最大元は存在しないと考えます。