67596

Сравнение множеств

Лекция

Математика и математический анализ

Множества и B называются равномощными если между и B существует взаимно однозначное соответствие т. Доказательство Если количество элементов одинаково то перенумеруем их и установим взаимно однозначное соответствие Следовательно множества равномощны.

Русский

2014-09-12

136 KB

2 чел.

Лекция №5

Сравнение множеств

Литература:

1. Бронштейн Е.М. Множества и функции. Методические указания. Уфа: УГАТУ. 1988.

Определение. Множества A и B называются равномощными, если между A и B существует взаимно однозначное соответствие (т.е. биективное отображение ).

Утверждение. Отношение равномощности множеств является отношением эквивалентности.

Доказательство.

1) Рефлексивность можно установить, отображая множество само на себя с помощью функции f(x)=x. То есть |A|=|A|.

2) Симметричность. Если  взаимно однозначное соответствие, то и  - также взаимно однозначное соответствие.

3) Транзитивность . Т. е. |A|=|B|, |B|=|C| |A|=|C|.

Рассмотрим разные случаи.

Случай 1. A и B конечны.

Утверждение. В случае, когда A и B конечны (содержат конечное число элементов) A и B равномощны тогда и только тогда, когда количество элементов A = количеству элементов B.

Доказательство ||

a) Если количество элементов одинаково, то перенумеруем их и установим взаимно однозначное соответствие

     

Следовательно, множества равномощны.

б) Пусть множества A и B равномощны. Тогда существует взаимно однозначное соответствие между элементами A и B . Следовательно, их количество должно быть одинаковым.

Поэтому для конечных множеств A можно принять, что мощность |A|=количеству элементов A.

Случай 2. Бесконечные множества

Мощность целого может равняться мощности части. Рассмотрим множества

Можно установить () соответствие: . Следовательно, множества равномощны.

Определение. Говорят, что мощность множества A не превосходит мощности множества B (пишут ), если  множество .

В частности, если AB, то B1=A.

Определение. Говорят что A меньше B (  ), если:

1)

2)

Теорема. Отношение  на совокупности множеств есть отношение частичного порядка для мощностей множеств.

1) Рефлексивность .

2) Транзитивность .

Существуют подмножества B1B и C1C и отображения такие, что f:A B1, g:BC1. Тогда gf - соответствие между A и каким-то подмножеством C.

3) Антисимметричность  (без док-ва).

Теорема.   - отношения линейного порядка (без док-ва).

Теорема Кантора. Пусть N – множество натуральных чисел, A=[0,1] – отрезок действительной оси. Тогда N<A.

Доказательство.

1) Во-первых,, поскольку подмножество множества A  очевидно, равномощно N.

2) Неравенство  докажем от противного.

Допустим, N=A. Тогда   .

Любое число из A можно представить в виде бесконечной десятичной дроби

f(1)=a1=0,a11a12

f(2)=a2=0,a21a22

f(3)=a3=0,a31a32a33

………………..

f(n)=an=0,an1an2an3…ann

………………..

Построим число b=0,b1b2b3… следующим образом:

  b[0,1] и ban, поскольку b отличается от an в n-ном знаке.

Приходим к противоречию. Теорема доказана.

Счетные множества

Определение. Множество, равномощное множеству натуральных чисел  называется счетным.

Примеры.

{0, 1, 2, 3,…}

N = 1, 2, 3, 4, 5   A = 0, 1, -1, 2, -2, 3, -3

Теоремы о счетных множествах

Теорема 1.  множество содержит счетное подмножество.

Док-во.

Выберем элемент a1A (A не пусто, так как оно бесконечно);

выберем элемент a2A\{a1} (A\{a1} не пусто, так как A бесконечно);

и т.д. В результате получим множество, каждому элементу которого сопоставлено натуральное число n.

Теорема 2.    подмножество B счетного множества A счетно.

Д-во.  Согласно Т1 из множества B можно выделить счетное C.

Тогда CBA. В силу определения мощности |C||B||A|. Так как A и C – счетные, то |A|=|C|. Т. е. |A||B||A|. Отсюда следует, что |B|=|A|.

Тем самым, счетное множество равномощно своей части.

Т-ма 3. Объединение конечного или счетного семейства счетных множеств – есть счетное множество.

Доказательство. Пусть  

A1={a11,a12,…},

A2={a21,a22,…},

A3={a31,a32,a33,…},

………………..

An={an1,an2,an3,…,ann,…},

………………..

Расположим элементы A в следующем порядке

a11,a12,a21,a31,a22, a13,a14,a23,a32,a41,…

Тем самым, получили взаимно однозначное отображение N на A.

Если в множествах A1, A2, A3,… есть общие элементы, то их объединение A есть подмножество рассмотренной выше последовательности. Но согласно теореме 2 оно счетно.

Следствие 1. Если A и B счетные, то A x B – счетное.

Следствие 2. множество рациональных чисел – счетное

1

2

3

4

1

1/1

1/2

1/3

1/4

2

2/1

2/2

2/3

2/4

3

3/1

3/2

3/3

3/4

4

4/1

….

….

….

….

….

….

….

Следующая теорема позволяет утверждать, что не существует «самого большого» по мощности множества.

Теорема. Мощность булеана множества всегда больше мощности самого множества, т.е |M|<|B(M)|.

Доказательство.

Так как MB(M), то |M||B(M)|.

Допустим, что |M|=|B(M)|. Значит,   соответствие f:MB(M), т.е. каждому эл-ту xM поставлено в соответствие некоторое множество {xi1, xi2,…}=f(x). Возможны ситуации, когда xf(x) и когда xf(x).

Выделим множество P={x | xf(x)}. Тогда эл-т yM такой, что f(y)=P (поскольку соответствие f:MB(M), между эл-тами x и подмнож-вами , а B(M)- булеан, то каждому подмн-ву в том числе и P поставлен в соответствие некоторый эл-т yM).   

Приведем это заключение к противоречию. Возможны два случая: либо yP, либо yP.  

Пусть yP. Тогда по определению P yP. Противоречие.

Пусть yP. Поскольку в P входят все эл-ты xf(x), то yP. Опять противоречие.

Теорема доказана.

Теорема. Мощность булеана (множества-степени) счетного множества = мощности континуума: |P(N)|=| [0,1] |.

Доказательство.

Пусть 0,010…1… – запись любого числа из A=[0,1] в 2ой системе счисления.

Сопоставим этому числу подмножество N, состоящее из чисел, равных номерам разрядов, в которых записана единица. Этим устанавливается взаимно однозначное соответствие между B(N) и [0,1].

Примеры. 

Установить равномощность или неравномощность множеств

1) A = [0,1], B [1,2]

    x  A          y  B y = x + 1

2) A = [0,1], B = [0,2] y = 2x

3) A = [0,1], B = [a,b] y = a + x ( b – a )

4) A = [0,1), B = [1,  ) y =

5) A = [0,1], B = [0,1)  y=x, x2-(n-1); y=2-(n-1)/2, x=2-(n-1), n=1,2,3,…


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10671. Моделирование динамики системы: потоки управления (Диаграмма состояний) 703 KB
  Практическая работа №5 Моделирование динамики системы: потоки управления Диаграмма состояний Цель работы: изучение понятий автомат состояние переход диаграммы состояний. Приобретение основных навыков построения диаграмм состояний в программной среде StarUML. Для
10672. Практическая работа. Моделирование динамики системы: потоки управления 288.5 KB
  Практическая работа №6 Моделирование динамики системы: потоки управления Диаграмма состояний Цель работы: изучение понятий автомат состояние переход диаграммы состояний. Приобретение основных навыков построения диаграмм состояний в программной среде StarUML. Реал...
10673. Изучение диаграммы деятельности, изображение условных и параллельных поведений систем 778 KB
  Лабораторная работа №7 по дисциплине CASEтехнологии Диаграммы деятельности Цель работы: изучить диаграммы деятельности научиться изображать условное и параллельное поведение систем. Теоретические сведения Деятельность представляет собой нек
10674. Моделирование контекста и функциональных требований к системе 233 KB
  Практическая работа №1 Моделирование контекста и функциональных требований к системе Цель работы: изучение диаграммы прецедентов: ее элементов актеров и прецедентов и основных типов связи между ними получение основных навыков построения диаграммы прецедентов в п...
10675. Проблема сознания в философии. Идеальное бытие сознания 99 KB
  Проблема сознания в философии. Идеальное бытие сознания. Наличие сознания разума уникальная человеческая черта. Его возможности принято считать безграничными. Именно благодаря разуму человечество сумело занять господствующее положение в биосфере. Но каким образ
10676. Основной вопрос и основные направления философии 43.5 KB
  Основной вопрос и основные направления философии 1. Общее понятие основного вопроса философии его стороны. Основным в философии традиционно считается вопрос об отношении мышления к бытию а бытия к мышлению сознанию. Важность данного вопроса заключается в том что
10677. Слово про похід Ігорів 15.4 KB
  Слово про похід Ігорів Як краще розповісти про похід Ігорів за зразком давнього співця Бояна чи за вимогами сучасності Ігор Святославович укріпив ум силою а серце вигострив мужністю й повів свої хоробрі полки на землю Половецьку за землю Руську. Ігор чекає свого бра
10678. Балада БОНДАРІВНА 14.55 KB
  Балада БОНДАРІВНА У містечку Богуславку Каньовського пана Там гуляла Бондарівна як пишная пава. У містечку Богуславку сидить дівок купка Межи ними Бондарівна як сива голубка. Прийшов до них пан Каньовський та й шапочку ізняв Обійняв він Бондарівну та й поцілував. Ой ...
10679. Історичні пісні. Ой Морозе, Морозенку 14.16 KB
  Ой Морозе Морозенку Історичні пісні Ой Морозе Морозенку Ти славний козаче За тобою Морозенку Вся Вкраїна плаче. Не так тая Україна Як та стара мати Заплакала Морозиха Та стоячи біля хати. Ой зза гори та зза кручі Буйне військо виступає. Попереду Морозенко Сивим ко...