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有限集合是由有限個元素組成的集合,也稱有窮集合。例如,由北京、天津、上海三個直轄市組成的集合,由所有小於10000的質數所組成的集合都是有限集合。[1]

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只含一個元素的集合是一種特殊的有限集合,叫做單元素集合,至少含有一個元素的集合叫做非空集合,不含任何元素的集合叫做空集,空集只有一個,一般用希臘字母Φ(或{})來表示。例如,如果一個集合是以某班的某次數學測驗不及格的學生為元素,而事實上全班學生在該次數學測驗中成績都及格,那麼這個集合就是一個空集Φ。在集合論中,約定空集Φ為有限集合, 空集是一切集合的子集。 有限集合還有兩種定義方式。 一個是說與自然數串的一個線段對等的集合,以及空集合,都叫做有限集合;不是有限集合的集合叫做無限集合。 另一個定義是:不可與其自身的真子集對等的非空集合,以及空集, 都叫做有限集合,不是有限集合的集合叫做無限集合。

相關性質定理

定理1 (有限集合的基本定理)有限集合不能與它的任何真子集合或真母集合對等。 證明: (文中所有定理的詳細證明請參考文後書籍)定理中兩個論斷(與子集合和母集合的不對等)的每一個論斷,都可以容易地從另一個論斷推出,因為,如果A~B而且,那麼從A和B兩集合之一的有限性,像上面已經指出的那樣,即可推出另一集合也是有限的.因此,例如.讓我們來證明:有限集合小能與它的真子集合對等,對於空集A=0,定理是成立的,因為空集合絕不會有真子集合,設A≠0,於是,按照有限集合的定義,集合A便對等於自然數串的一個(至少對等於一個)線段,讓我們對於數n用歸納法證明:A不可能一一映象在它自己的真子集合B上,對於n=1,這是顯然的,因為而且只包含一個元素,B=0是它唯一的一個真子集合,所以A不對等於B。 假設定理對於自然數n已被證明了,我們要證明定理對於n+1也是正確的,因此,設,而且f是A 在B上的一個一一映象,用與A的元素對應的那些自然數給A的元素編號,我們將得到

對於B=0,論斷是正確的,如果B≠0.那麼,無損於普遍性。可設,因為如若不然,我們取b∈B,並在B中用代換b而造成新集合B1;再構成新映象,使它和映象,除了具有性質的元素a之外,對於A的其他所有元素完全相同,並且假定對於元素a有於是就是A在其含有的真子集合B1上的一個一一映象。其次,無損於普遍性,可以認為因為如若不然。設,於是,再構成新映象,使它和映象,除了和這兩個元素外,對於A的其他所有元素完全相同;並且假定因此,總起來,我們設並更設,因為B是A的真子集合,所以有元素a'∈A\B.因為,所以,因而,這就是說,B'是A'的一個真子集合。因為所以映照便建立起了集合A'與B'的對等性,但是所以我們便得到了與歸納法假定相矛盾的結果,而我們定理的淪斷正就是那個假定,因此,這就是說,全部定理已被證明。 從定理1容易推出定理2。 定理2 每一個非空有限集合與自然數串的一個線段而且僅只一個線段對等。 定義4 對於非空有限集合A,由所唯一確定的自然數n叫做集合A的元素數,數0叫做空集合的元素數。 從對等的性質就推出:兩個有限集合在而且僅只在它們具有相同的元素數時,才是對等的,所以,可以把元素數看成是有限集合的勢的定義。 定理3 有限集合的任一子集合是有限集合,無限集合的任一母集合是無限集合。 定理4 有限集合A的元素數永遠大於它的真子集合B的元素數。 定理5 全部自然數組成的集合N,以及含有與N對等的子集合的集合,全是無限集合。 證明: 集合N是無限的,因為對於任一自然數n的映象,把集合一一地映象在它的真子集合上,這就是說,任一與N對等的集合N『』是無限的,而按照定理3,於是,包含與N對等的集合N'作為其子集合的任一集合,也是無限的。 例 實數集合或複數集合包含自然數集合N,因此,它們都是無限集合,線段[0,1]也是無限集合,因為它含有與N對等的形如那樣的數組成的集合N。 定義5 對等於自然數集合的集合,叫做可排集合。 換句話說,可排集合就是這樣的集合:可以利用自然數把它的元素如此地「編號」,使得全部自然數全被用到而且不同的元素水遠有不同的號碼,因此,可排集合A永遠可被寫成這樣的形狀:

偶數集合或奇數集合,以及有理數集合,全都是可排集合。 定義5 不是有限的或是可排的集合,叫做不可排集合。 定理6 每一個無限集合必含有一個可排集合。 定理7 每一個無限集合M必與其某一個真子集合對等。

參考文獻