Zoran Skoda mat1-171120-2

Nastavljamo diskusiju o kardinalnim brojevima (kardinalima) započetu u predavanju mat1-171120-1. U literaturu spadaju wiki stranice kardinalni broj, prirodni broj te prvih nekoliko stranica iz knjige Veljana i Pavkovića Elementarna matematika I gdje, u dijelu o skupovima, možete naći i diskusiju beskonačnih kardinala, Cantorovog teorema i Cantor-Schroeder-Bernsteinovog teorema.

Neformalno, reći da dva skupa imaju isti broj elemenata je isto kao i reći da imaju jednaki kardinalni broj.

No sad promatramo novo pitanje: kada skup A ima manje elemenata od skupa B ?

Ako je A podskup od B, onda nam intuitivna verzija pojma kaže da on ne može imati više elemenata, može imati ili isto ili manje.

Hoćemo definirati kad je kard(A)kard(B)kard(A)\leq kard(B)

1) ako ABA \subset B

2) Općenitije, ako postoji injekcija iz A u B (tj. bijekcija između A i nekog podskupa od B, naime slike po toj injekciji), sve elemente iz A utrpamo u B, a da ni jedna dva ne spojimo zajedno)

f:ABf:A\to B, Im(f)=f(A)={f(x)|xA}Im(f) = f(A) = \{ f(x)| x\in A\} (to je podskup od B) f| korestrikcija na sliku je funkcija iz A na sliku f(A) i to je bijekcija na tu sliku.

Cantor-Schroeder-Bernsteinov teorem: pretpostavimo da vrijedi aksiom izbora. Za dva skupa A i B, ako postoji injekcija iz A u B i injekcija iz B u A tada postoji i bijekcija između A i B.

Idemo protumačiti posljedice za kardinalne brojeve. Ako pretpostavimo da vrijedi aksiom izbora za skupove onda je \leq definiran preko injekcija relacija uređaja na klasi kardinalnih brojeva, odnosno, ta jerelacija tranzitivna, refleksivna i antisimetrična! Ovaj dio s antisimetrijom je problem koji je riješen teoremom.

Dakle
A stavimo injekcijom u B (to znači kard(A)kard(B)kard(A)\leq kard(B)), B stavimo injekcijom u A (to znači kard(B)kard(A)kard(B)\leq kard(A)), možemo li zaključiti da li je kard(A)=kard(B)kard(A) = kard(B) tj. postoji bijekcija s A na B. To je Cantor-Schroeder-Bernstein!

Tranzitivnost slijedi i bez aksioma izbora ako A uguramo u B injekcijom B uguramo u C onda i A možemo ugurati u C, naime kompozicijom funkcija.

Znači možemo poredati skupove po kardinalnosti (veličina).

Unija skupova, ako je disjunktna, njenu kardinalnost zovemo suma kardinalnih brojeva.

2+3 = 5 u smislu da {a,b,c} unija s {1,2} dobijemo {a,b,c,1,2}

Unija I={a,b,c}I = \{a,b,c\} sa skupom J={a,b}J = \{a,b\} je {a,b,c}\{a,b,c\} (samo 3 elementa, ne 2+3=5) ali disjunktna unija je {a I,b I,c I,a J,b J}\{a_I, b_I, c_I, a_J, b_J\}, gdje se razlikuje iz kojeg je skupa došao koji element, pa se a i b pojavljuju dva puta, i tu ima ukupno 2+3 = 5 elemenata.

To je zbrajanje kardinalnih brojeva. Neka je 0=kard(N)\aleph_0 = kard(\mathbf{N}) (čitamo alef nula, alef je slovo hebrejskog alfabeta) kardinalnost ma kojeg prebrojivo beskonačnog skupa (svi imaju jednaku kardinalnost), tada

0+ 0= 0 \aleph_0 + \aleph_0 = \aleph_0
0+8= 0 \aleph_0 + 8 = \aleph_0

MNOŽENJE kardinalnih brojeva

kard(A) x kard(B) := kard(A x B)

Neka je A={1,2}A = \{1,2\} i B={a,b,c}B = \{a,b,c\}. Tada je njihov Kartezijev umnožak,

AxB={(a,b)|aA,bB}={(1,a),(1,b),(1,c),(2,a),(2,b),(2,c)} A x B = \{ (a, b) | a\in A, b\in B \} = \{(1,a), (1,b), (1,c), (2,a), (2,b),(2,c)\}

Partitivni skup 𝒫(X)\mathcal{P}(X) skupa XX je po definiciji skup svih podskupova od X i ima 2 kard(X)2^{kard(X)} elemenata.

Ajde da to najprije vidimo na primjeru, a onda što to znači općenito.

Neka je X={1,2,3}X = \{1,2,3\}. Tada je

𝒫(X)={,{1},{2},{3},{1,2},{1,3},{2,3},{1,2,3}},\mathcal{P}(X) = \{ \emptyset, \{1\}, \{2\}, \{3\}, \{1,2\}, \{1,3\}, \{2,3\},\{1,2,3\}\},

dakle kard(𝒫(X))=2 3=2x2x2=8kard(\mathcal{P}(X)) = 2^3 = 2 x 2 x 2 = 8.

To je zato jer karakterističnih funkcija za podskupe skupa od 3 elementa ima 2 puta 2 puta 2. Ajde da to objasnimo.

Svaki podskup SXS\subset X ima svoju karakterističnu funkciju χ S\chi_S, koliko ima podskupova toliko funkcija iz XX u {0,1}\{0,1\}.

SXS\subset X tada je njegova karakteristična funkcija χ S:X{0,1}\chi_S : X\to\{0,1\}.

2 x 2 x 2 = 8 mogućnosti

Karakteristična funkcija χ S:X{0,1}\chi_S:X\to \{0,1\} podskupa SS skupa XX je definirana s

χ S(x)=1\chi_S (x) = 1 ukoliko xSx\in S

χ S(x)=0\chi_S(x) = 0 ukoliko xSx\notin S

χ:X{0,1}\chi:X\to\{0,1\}

Za svaki element (ima ih 3) odredimo je li unutra ili nije (2 mogućnosti!).

OPĆENITO: A, B skupovi

gledamo funkcije iz A u B

koliko ih ima ?

A = {a,b,c}

B = {0,1}

a se može preslikati na kard(B) mogućnosti

b na kard(B) mogućnosti

c na kard(B) mogućnosti

ukupno kard(B)×kard(B)×kard(B)=kard(B) 3=kard(B) kard(A)kard(B)\times kard(B)\times kard(B) = kard(B)^3 = kard(B)^{kard(A)} mogućnosti.

Skup svih funkcija iz AA u BB je potencija skupova B AB^A i ima kardinalnost kard(B) kard(A)kard(B)^{kard(A)}

Poseban slučaj su funkcije u skup od dva elementa {0,1}\{0,1\} koje možemo gledati kao karakteristične funkcije podskupova.

Last revised on October 13, 2021 at 10:38:10. See the history of this page for a list of all contributions to it.