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冪集
鎖定
所謂冪集(Power Set), 就是原
集合中所有的
子集(包括全集和
空集)構成的集族。
可數集是最小的
無限集; 它的冪集和
實數集一一對應(也稱同勢),是
不可數集。 不是所有不可數集都和實數集
等勢,
集合的勢可以無限的大。如實數集的冪集也是不可數集,但它的勢比實數集大。 設X是一個
有限集,|X| = k,根據
二項式定理,X的冪集的勢為2的k次方。
[1]
- 中文名
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冪集
- 外文名
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Power Set
- 所屬學科
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集合論
- 提出者
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康託
冪集定義
設有集合A,由A的所有
子集組成的集合,稱為A的
冪集,記作2
A,即:2
A={S|S⊆A}。
冪集概念
冪集是集合的基本運算之一。由集合的所有子集構成的集合。對任何集合a,a的冪集P(a)={x|x⊆a}。在
ZFC公理系統中,冪集公理保證任何集合的冪集均為集合。如P({a,b})={∅,{a},{b},{a,b}}.P(·)稱為冪集運算。
冪集相關定理
冪集歷史背景
康託第一個認真研究了
無限集合, 分清了可數集和不可數集的區別, 並用對角線法證明了
實數集不是可數集。此外,康託指出了冪集的勢總是嚴格大於原
集合。由此結論導致了康託猜想(即
連續統假設)和康託悖論。
[2]
冪集冪集基數
設
集合A是有基數Card(A)的
有限集(可數集),則Card(2
A)=2
(Card(A))。
如集合B={a,b},得2B={Ø,{a},{b},{a,b}}。那麼Card(2B)=2(Card(B))=22=4,顯然上述公式是正確的。考慮特殊情況空集合Ø的冪集:空集合Ø僅有子集Ø,得到2Ø={Ø}。
冪集康託猜想
邏輯學家
歌德爾證明了這個
連續統假設是不能被證明的,也不能被
證偽--就是説不能從現有的數學公理體系推演出該結論或者否定該結論。
[2]
康託悖論:考慮所有的集合組成的最大的集族,這個集族的冪集當然也是集合,所以本身也是該集合的一部分,從而它的勢應該不超過原
集合的勢;但是另一方面,冪集的勢又嚴格大於原集合的勢,從而導致矛盾。
羅素首先意識到集合的概念存在問題。他提出所謂的
類型論,指出有一類“集合”並不是真正的集合,而是所謂的“
類”,集合本身是不能包含自身的;“類”卻可以。從這個角度出發,就可以解釋上述的悖論。
[3]
冪集康托爾
來證明實數區間[0, 1]中所有的實數組成的
集合是不可列集。
其實只要證明(0,1]區間的
實數集是不可數的。如果它是可數的,説明其中所有的實數均可排列成一數列t
1,t
2,...,t
n,...,只有這樣,它才能對等於
自然數集。
[1]
這時將(0,1]中的實數用十進制的
無限小數表示:
t1 = 0. t11 t12 t13 ... t1n ...
t2 = 0. t21 t22 t23 ... t2n ...
...
tm = 0. tm1 tm2 tm3 ... tmn ...
...
其中所有的tij都是0~9這十個數字中的某一個。
但是我們可以構造一個小數a=0. a1 a2 a3 ... ak ...,任意的ai也都是0~9這十個數字中的某一個,但我們讓每個ai都不等於上述實數列中的tii,也就是讓第i位的數字跟數列中第i行第i個數字不同。這是可行的,因為我們用的是十進制小數,還剩下9個不同數字可供選擇呢。
當我們構造好了這樣的一個小數之後,我們發現它實際上跟上述小
數列中的任何一個都不相等。這就造成了邏輯上的矛盾,你説已經把所有小數都列出來了,但是我卻發現至少我構造的這個小數,你還沒有羅列出來。就算你亡羊補牢,把我這個也補充進去,但是我還是可以根據同樣規則又構造出另一個。所以,只能説明實數是無法跟
可數集形成一一對應的,也就是前面的假設是錯誤的。
因此[0, 1]區間的實數不是可數集。同樣,取掉0,1兩個數之後的(0,1)區間的實數也不是可數集。
[3]
- 參考資料
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1.
洪帆.離散數學[第三版]:華中科技大學出版社,2009
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2.
魚先鋒,屈正庚,張林. 冪集特徵矩陣及其應用[J/OL]. 計算機與現代化,2017,(02):17-21. (2017-03-03)[2017-08-31]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/36.1137.TP.20170303.1149.008.html
-
3.
錢吉林 ,王明聖. 冪集的運算[J]. 高等函授學報(自然科學版),1996,(01):14-15+30. [2017-08-31].
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4.
Klaus Janich.拓撲學:Springer,1984