集合的势也称集合的基数(cardinal number)
集合的勢是用來度量集合規模大小的屬性的。
如果存在著從集合A到集合B的雙射,那么稱集合A與集合B等勢,記為A~B。例:集合N={0,1,2…},N 2={0,2,4,...}定義映射:f:N→N2 ,f(n)=2n,f是從N到 N2的雙射,從而N和N2 是等勢的。
有很多集合都和全體正整數的集合等勢,從而它們彼此也等勢,稱所有這樣的集合為“可數無窮的(countably?infinite)”。有很多無窮集合比全體正整數的集合的勢更大,稱所有這樣的集合為不可數無窮的(uncountably infinite)。但是,不存在無窮集合的勢比全體正整數的集合的勢更小。
簡單說來,勢就是集合的元素的個數。一個集合有三個元素,就稱其勢為3。
集合的勢也稱集合的基數(cardinal number)是用來衡量集合元素數量的量。兩個集合A,B等勢當且僅當可以找到這兩個集合之間的雙射,即兩集合的元素一一對應,通常記作|A|=|B|(或可寫成A≈B)。集合A的基數小于等于集合B的基數當且僅當存在A到B的單射,記作|A|≤|B|。這兩個定義的直觀意義分別是他們的元素數量相同或更少。
但是注意,此意義下的基數還必須依附于集合上,這并不意味著每個集合都有它的基數(因為至今我們還沒有說基數到底是什么,只是說明了該如何比較集合的大小),也不意味著每個集合都可比較大小(因為有些無限集合之間你不能隨隨便便找到滿足條件的映射),如果不承認選擇公理(Axiom of Choice),無法證明集合的基數大小具有三歧性(即對任意集合A,B總有|A|=|B|、|A|≤|B|或|A|≥|B|)。況且,通常情況下,如果沒有合適的定義,我們通常只能拿基數衡量有限集,而無限集的基數我們就無法給個準確的表述了。對此必須對基數(勢)下一個嚴格的定義,當然,你需要提前知道何為序數,見序數_百度百科。
一個序數κ是基數,當且僅當κ=inf{ β | β是序數 且 β≈κ }。換句話說,在所有相互等勢的序數中,基數就是其中最小的那個。因此我們知道,所有基數都是序數。
當然我們也可以定義序數的基數:對任意序數α,|α|=inf{ β | β是序數 且 β≈α }。那么我們會有對任意序數α,|α|≤α。所以,由于我們知道自然數集N的序數是ω,那么N的基數也顯然是ω(因為ω是最小的極限序數),但為了不致混淆,我們把N的基數記為??。
基數也可以運算,對任意集合X和Y,對它們基數的運算有如下定義:
(1)|X|+|Y|=|X∪Y|(X,Y不交);(2)|X|×|Y|=|X·Y|;(3)|X|^|Y|=|X^Y|(映射族)。
可見對于任意一個集合,只有先把它變成良序集,并找到它的序型,才能找到基數。而處理良序的操作必須使用選擇公理,另外選擇公理也可以讓任意集合間構造映射。所以,只有承認選擇公理,所有集合才有基數,并且任意集合見才可比較大小。
更多內容,詳見劉壯虎的《素樸集合論》,趙郝寬 楊躍 的《集合論:對無窮概念的探索》,或Thomas Jech的《Set Theory》,網上都能搜到。
總結
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