冪集公理

冪集公理

在數學中,冪集公理是公理化集合論的 Zermelo-Fraenkel 公理中的一個。這個公理說明:“對於任何一個集合A,存在著一個集合B,它的元恰是A的各個子集。

基本介紹

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這個公理說明:“對於任何的x,存在著一個集合y,使y的元素是而且只會是x 的子集。”換句話說:給定任何集合x,有著一個集合P(x),使得給定任何集合z,z 是P(x)的成員,若且唯若z 是x 的子集。通過外延公理可知,這個集合是唯一的。我們可以稱集合P(x)為x的冪集。所以這個公理的本質是:所有集合都有一個冪集。冪集公理一般被認為是無可爭議的,它或它的等價者出現在所有可替代的集合論的公理化中。冪集公理允許定義兩個集合X和Y的笛卡兒積:

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笛卡兒積為一個集合是因為

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可以遞歸地定義集合的任何有限的蒐集的笛卡兒積:

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注意,在不包含冪集公理的克里普克—布萊特集合論中,笛卡兒積的存在性是可以證明的 。

相關性質定理

由外延公理知,B是唯一的,並稱B是A的冪集。因此有如下定義。

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定義1集合B是集合A的一個冪集,若且唯若 的冪集 記作 ,便有

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關於冪集的討論,從有限集合的冪集開始。為此,先定義有限集合。

定義2對於一個集合A,如果存在自然數n,使得A恰有n 個元,則稱A 是有限的。

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定理1若A是一個有限集合,且 令 則C的所有子集的個數恰是A 的所有子集的個數的二倍。

證明:因為對於A的每個子集,可加入B和不加人B這個元,這樣便得到C的所有子集,所以C的子集個數恰是A的子集個數的兩倍。

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定理2對於自然數n,如果集合A恰有個n元,則 恰有 個元。

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證明:用:的歸納原理加以證明。對於n,設是命題:對任意集合A,若A有n個元,則有個元。本定理證明化為:也即要證:是個歸納集,因此,

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①證令,則,即2 =1故有成立。

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②證設,且,即若A有k個元,則已知有2 個元。今證。設B有k+1個元的集合,C∈B且則A有k個元,故有個子集,由定理1知,有子集個數是的子集個數的二倍,即有個子集 。

下面給出冪集的一般性質的定理。

定理3

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(1)

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(2)

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(3)

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(4)

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(5)

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(6)

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(7)

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(8)

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(9)

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(10)

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(11)

下面討論冪集與傳遞集的密切關係,首先給出如下定義。

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定義3對於集合A中任何集合x和y,若 且 ,則 ,稱A為傳遞集。

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由定義可知, ,可見,要說明A是個傳遞集,只要用下面三種論述之一成立時,便可斷定A是傳遞集:

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① ,② ,③

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因為它們都等價於 這個性質。

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定理4對於傳遞集A,有 。

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證明: 因為

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定理5集合A是傳遞集若且唯若 。

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定理6集合A是一個傳遞集若且唯若 是傳遞集。

定理7每個自然數是個傳遞集。

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定理8集合 是個傳遞集 。

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