Aseta teho

Joukon potenssi eli kardinaaliluku ( lat. cardinaliscardo  "pääseikka; perusta; sydän") on joukoille (mukaan lukien äärettömät ) ominaisuus, joka yleistää käsitteen joukon alkioiden lukumäärästä ( lukumäärästä ) rajallinen joukko.  

Tämä konsepti perustuu luonnollisiin ideoihin joukkojen vertailusta:

  1. mitkä tahansa kaksi joukkoa, joiden elementtien välillä voidaan muodostaa yksi-yhteen vastaavuus ( bijection ), sisältävät saman määrän elementtejä (on sama kardinaliteetti, ovat yhtä voimakkaita );
  2. päinvastoin: ekvipotenttijoukkojen on sallittava tällainen yksi-yhteen vastaavuus;
  3. osa joukosta ei ylitä täyttä joukkoa kardinaalisuuden (eli elementtien lukumäärän) suhteen.

Ennen joukkojen tehoteorian rakentamista joukot erosivat ominaisuuksiltaan: tyhjät / ei-tyhjät ja äärelliset / äärettömät, ja äärelliset joukot erosivat myös alkioiden lukumäärästä. Äärettömiä joukkoja ei voitu verrata.

Joukkojen teho mahdollistaa äärettömien joukkojen vertailun. Esimerkiksi laskettavat joukot ovat "pienimpiä" äärettömiä joukkoja.

Joukon kardinaalisuus on merkitty . Joskus on merkintöjä ja .

Määritelmä

Jos valinnan aksiooma hyväksytään todeksi, joukon kardinaalisuus määritellään muodollisesti pienimmäksi järjestysluvuksi , jonka alle voidaan muodostaa bijektiivinen vastaavuus ja välillä . Tätä määritelmää kutsutaan myös Neumannin kardinaalilukujen jakaumaksi .

Jos emme hyväksy valinnan aksioomaa, tarvitaan erilainen lähestymistapa. Joukon kardinaalisuuden ensimmäinen määritelmä (joka on implisiittisesti Cantorin työssä ja ilmaistu nimenomaisesti Fregessä ja myös Principia Mathematicassa ) on kaikkien kardinaalisuuden suhteen vastaavien joukkojen luokka . ZFC-teoriaan perustuvissa aksiomaattisissa järjestelmissä tällaista määritelmää ei voida soveltaa, koska ei-tyhjälle tällainen kokoelma on liian suuri sopimaan joukon määritelmään. Tarkemmin sanottuna, jos , niin on olemassa injektiivinen kartoitus universaalista joukkoon osaksi , jonka mukaan jokainen joukko menee kohtaan , josta kokorajoituksen aksiooman perusteella seuraa, että  se on oikea luokka. Tätä määritelmää voidaan käyttää tyyppiteoriassa ja "uuden perustassa" sekä niihin liittyvissä aksiomaattisissa järjestelmissä. ZFC:n tapauksessa määritelmää voidaan käyttää rajoittamalla kokoelma yhtä suuriin sarjoihin, joilla on pienin arvo (tämä Dana Scottin ehdottama temppu toimii, koska objektikokoelma, jolla on tietty arvo, on joukko).

Muodollinen järjestys kardinaalilukujen välillä otetaan käyttöön seuraavasti: tarkoittaa, että joukko voidaan injektiivisesti yhdistää . Cantor-Bernstein-lauseen mukaan se seuraa epäyhtälöparista ja siitä . Valinnan aksiooma vastaa väitettä, että kaikille joukoille ja vähintään yhdelle epäyhtälöistä tai .

Joukkoa kutsutaan Dedekind mukaan äärettömäksi, jos sillä on oikea osajoukko siten, että . Muuten joukkoa kutsutaan Dedekind-finiteiksi. Äärelliset kardinaaliluvut osuvat yhteen tavallisten luonnollisten lukujen tai nollan kanssa, eli joukko on äärellinen silloin ja vain jos jollekin luonnolliselle luvulle tai for (jos joukko on tyhjä ). Kaikki muut joukot ovat äärettömiä . Valinnan aksiooman mukaan voidaan todistaa, että Dedekind-määritelmät ovat yhtenevät standardimääritelmien kanssa. Lisäksi voidaan todistaa, että luonnollisten lukujen joukon kardinaalisuus ( alef-nolla , tai aleph-0, - nimi on johdettu heprean aakkosten ensimmäisestä kirjaimesta ) on pienin äärettömän suuri kardinaaliluku, eli , missä tahansa äärettömässä joukossa on kardinaalisuuden osajoukko . Järjestyksessä seuraava kardinaaliluku on merkitty , ja niin edelleen, alefien määrä on ääretön. Mikä tahansa järjestysluku vastaa kardinaalilukua , ja tällä tavalla voidaan kuvata mikä tahansa äärettömän suuri kardinaaliluku.

Aiheeseen liittyvät määritelmät

Esimerkkejä

Ominaisuudet

Kardinaalilukujen aritmetiikka

Luonnollisten lukujen tavalliset aritmeettiset operaatiot voidaan yleistää kardinaalilukujen tapaukseksi. Voidaan myös osoittaa, että äärellisten kardinaalilukujen tapauksessa nämä operaatiot osuvat yhteen vastaavien lukujen aritmeettisten operaatioiden kanssa. Lisäksi kardinaalilukujen operaatiot säilyttävät monia tavallisten aritmeettisten operaatioiden ominaisuuksia.

Seuraava kardinaaliluku on

Jos hyväksymme valinnan aksiooman, niin jokaiselle kardinaaliluvulle on mahdollista määrittää sitä seuraava luku , eikä välillä ja välillä ole muita kardinaalilukuja . Jos tietysti , niin järjestyksessä seuraava kardinaaliluku on sama kuin . Kun kyseessä on ääretön, seuraava kardinaaliluku on erilainen kuin seuraava järjestysluku.

V tarkoittaa luvun edellistä kardinaalilukua, jos sellainen on olemassa; muuten ,.

Kardinnumeroiden lisääminen

Jos joukoilla ja ei ole yhteisiä elementtejä, kardinaliteettien summa määräytyy niiden liiton kardinaalisuuden mukaan . Jos yhteisiä elementtejä on, alkuperäiset joukot voidaan korvata ei-leikkaavilla joukoilla, joilla on sama kardinaliteetti – esimerkiksi korvaamalla merkintä , ja .

Nolla neutraalisuutta lisäyksen suhteen:

Assosiatiivisuus :

Kommutatiivisuus :

Lisäyksen monotonisuus (ei aleneva) molemmissa argumenteissa:

Jos valinnan aksiooma hyväksytään todeksi, kahden äärettömän kardinaaliluvun summa voidaan laskea helposti. Jos yksi luvuista tai on ääretön, niin

Vähennys

Jollei valinnan aksioomista, minkä tahansa äärettömän kardinaaliluvun ja mielivaltaisen kardinaaliluvun olemassaolo , Jolle , vastaa epätasa-arvoa . Tämä on ainutlaatuinen (ja sama kuin ) jos ja vain jos .

Kardinaalilukujen kertolasku

Kahden kardinaaliluvun tulo ilmaistaan ​​joukkojen karteesisena tulona:

Nolla ominaisuuksia:

Yksikköneutraalius kertolaskussa:

Assosiatiivisuus :

Kommutatiivisuus :

Kertomisen monotonisuus (ei-laskeva) molempien argumenttien suhteen:

Kertolaskujakauma suhteessa yhteenlaskuun:

Analogisesti summauksen kanssa kahden äärettömän kardinaaliluvun tulo voidaan laskea helposti valinnan aksiooman mukaisesti. Jos luvut ja ovat erilaisia ​​kuin nolla ja ainakin yksi niistä on ääretön, niin

Jaosto

Jollei aksiooma valinnan, minkä tahansa parin kardinaaliluvut ja , jossa on ääretön ja ei ole yhtä suuri kuin nolla, olemassaolo , Jolle , vastaa epäyhtälöä . Tämä on ainutlaatuinen (ja sama kuin ) jos ja vain jos .

Kardiaalilukujen eksponentio

Eksponenttiointi määritellään seuraavasti:

,

jossa tarkoittaa kaikkien funktioiden joukkoa alkaen - .

(erityisesti ), katso Tyhjä-toiminto

Yksitoikkoinen:

Huomaa mikä on Boolen teho ja siten mille tahansa joukolle (katso Cantorin diagonaalimenetelmä ). Tämä tarkoittaa, että kardinaalilukujen joukossa ei ole suurinta (koska mille tahansa kardinaaliluvulle voidaan määrittää suurempi luku ). Itse asiassa kaikkien kardinaalilukujen luokka on oikea (vaikka joissakin joukkoteorian aksioomajärjestelmissä tätä ei voida todistaa - tällainen on esimerkiksi "Uusien perusteiden" järjestelmä ).

Kaikki tämän osan myöhemmät lausunnot perustuvat valinnan aksioomiin.

Jos ja  ovat äärellisiä lukuja suurempia kuin 1, ja  on ääretön kardinaaliluku, sitten Jos kardinaaliluku on ääretön ja eroaa äärettömästi nollasta, sitten .

Jos ja , ja ainakin yksi niistä on ääretön, niin

.

Käyttämällä Königin lausetta voidaan todistaa, että mille tahansa äärettömälle kardinaaliluvulle pätevät seuraavat epäyhtälöt:

,

missä tarkoittaa lopullisuutta .

Juurien erottaminen

Jos tarkkailemme valinnan aksioomaa, niin mille tahansa äärettömälle kardinaalille ja rajalliselle kardinaalille on olemassa kardinaaliluku sellainen, että , Ja .

Logaritmit

Valinnan aksiooman mukaan kardinaalilukua , joka täyttää ehdon , ei aina ole olemassa äärettömänä ja äärellisenä . Jos sellainen on olemassa, se on ääretön ja pienempi kuin , Ja mikä tahansa äärellinen kardinaaliluku täyttää myös tasa-arvon .

Äärettömän kardinaaliluvun logaritmi on pienin kardinaaliluku , joka täyttää ehdon . Huolimatta siitä, että äärettömän suurten kardinaalilukujen logaritmeilta puuttuu joitain ominaisuuksia, jotka ovat tyypillisiä positiivisten reaalilukujen logaritmeille, ne osoittautuvat hyödyllisiksi tietyillä matematiikan aloilla - erityisesti topologisten kardinaalien invarianttien tutkimuksessa. tilat.

Jatkohypoteesi

Jatkuvuushypoteesin mukaan ja välillä ei ole muita kardinaalilukuja . Kardinaaliluku on myös merkitty ja se edustaa jatkumon kardinaalisuutta (eli reaalilukujen joukkoa ). Tässä tapauksessa . Yleistetty jatkumohypoteesi kieltää kardinaalilukujen olemassaolon tiukasti minkä tahansa äärettömän joukon välillä ja . Jatkuvuushypoteesi on riippumaton joukkoteorian standardiaksiomatisoinnista, eli Zermelo-Fraenkel-aksioomajärjestelmästä yhdistettynä valinnan aksioomiin (katso Zermelo-Fraenkel-joukkoteoria ).

Katso myös

Muistiinpanot

  1. Melnikov O. V., Remeslenikov V. N. , Romankov V. A. Yleinen algebra. Osa 1. - M., Nauka, 1990. - s. 31
  2. Melnikov O. V., Remeslenikov V. N. , Romankov V. A. Yleinen algebra. Osa 1. - M., Nauka, 1990. - s. 32

Kirjallisuus