مجموعة قابلة للعد

تُعتبر المجموعة الرياضية قابلة للعد إذا كانت منتهية أو إذا أمكن ربطها بمجموعة الأعداد الطبيعية . [ أ ] وبالمثل، تُعتبر المجموعة قابلة للعد إذا وُجدت دالة أحادية منها إلى الأعداد الطبيعية؛ وهذا يعني أنه يمكن ربط كل عنصر في المجموعة بعدد طبيعي فريد، أو أنه يمكن عد عناصر المجموعة واحدًا تلو الآخر، على الرغم من أن العد قد لا ينتهي أبدًا نظرًا لوجود عدد لا نهائي من العناصر.

بصورة أدق، وبافتراض بديهية الاختيار القابل للعد ، تُعتبر المجموعة قابلة للعد إذا كان عدد عناصرها (عدد عناصر المجموعة) لا يتجاوز عدد عناصر الأعداد الطبيعية. ويُقال إن المجموعة القابلة للعد غير المنتهية هي مجموعة لانهائية قابلة للعد ؛ على سبيل المثال، مجموعة جميع الأعداد الطبيعية.شمال{\displaystyle \mathbb {N} }أو جميع الأعداد النسبيةسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }.

يُنسب هذا المفهوم إلى جورج كانتور ، الذي أثبت وجود المجموعات غير القابلة للعد ، أي المجموعات التي لا يمكن عدها؛ على سبيل المثال مجموعة الأعداد الحقيقيةR{\displaystyle \mathbb {R} }.

ملاحظة حول المصطلحات

على الرغم من شيوع مصطلحي "قابل للعد" و"لانهائي قابل للعد" كما هو مُعرّف هنا، إلا أن هذا المصطلح ليس عالميًا. [ 1 ] يستخدم أسلوب بديل مصطلح "قابل للعد " للدلالة على ما يُسمى هنا "لانهائي قابل للعد"، ومصطلح "قابل للعد على الأكثر" للدلالة على ما يُسمى هنا "قابل للعد". [ 2 ] [ 3 ]

يمكن أيضًا استخدام مصطلحي "قابل للتعداد" [ 4 ] و "قابل للتعداد" [ 5 ] [ 6 ] ، للإشارة إلى "قابل للعد" و"غير قابل للعد" على التوالي. [ 7 ] تختلف التعريفات، ويجب توخي الحذر عند التمييز بينها وبين " قابل للتعداد بشكل متكرر" . [ 8 ]

تعريف

مجموعةS{\displaystyle S}يكون قابلاً للعد إذا:

جميع هذه التعريفات متكافئة.

مجموعةS{\displaystyle S}تكون غير قابلة للعد إذا:

  • عدده الأساسي|S|{\displaystyle |S|}هو بالضبط0{\displaystyle \aleph _{0}}[ 9 ]
  • يوجد تطابق حقني وشمولي (وبالتالي تقابلي ) بينS{\displaystyle S}وشمال{\displaystyle \mathbb {N} }.
  • S{\displaystyle S}توجد مراسلات مباشرة معشمال{\displaystyle \mathbb {N} }[ 13 ]
  • عناصرS{\displaystyle S}يمكن ترتيبها في تسلسل لانهائيأ0،أ1،أ2،...{\displaystyle a_{0},a_{1},a_{2},\ldots }، أينأأنا{\displaystyle a_{i}}يختلف عنأج{\displaystyle a_{j}}لأناج{\displaystyle i\neq j}وكل عنصر منS{\displaystyle S}مدرج. [ 14 ] [ 15 ]

تكون المجموعة غير قابلة للعد إذا لم تكن قابلة للعد، أي أن عدد عناصرها أكبر من عدد عناصرها.0{\displaystyle \aleph _{0}}[ 9 ] أي أن هناك حقنة منشمال{\displaystyle \mathbb {N} }لS{\displaystyle S}لكن لم يتم حقن أي شيء منS{\displaystyle S}لشمال{\displaystyle \mathbb {N} }في النماذج التي يفشل فيها مبدأ الاختيار ، قد توجد أيضًا مجموعات لا يمكن مقارنتها بـشمال{\displaystyle \mathbb {N} }، ما يسمى بمجموعات ديديكيند المحدودة غير المحدودة.

تاريخ

في عام 1874، أثبت كانتور في مقالته الأولى في نظرية المجموعات أن مجموعة الأعداد الحقيقية غير قابلة للعد، مُبينًا بذلك أن ليس كل المجموعات اللانهائية قابلة للعد. [ 16 ] وفي عام 1878، استخدم التناظر الأحادي لتعريف ومقارنة أعداد العناصر. [ 17 ] وفي عام 1883، وسّع نطاق الأعداد الطبيعية ليشمل أعداده الترتيبية اللانهائية ، واستخدم مجموعات من الأعداد الترتيبية لإنتاج عدد لانهائي من المجموعات ذات أعداد لانهائية مختلفة. [ 18 ]

مقدمة

المجموعة هي مجموعة من العناصر ، ويمكن وصفها بعدة طرق. إحدى هذه الطرق هي ببساطة سرد جميع عناصرها؛ على سبيل المثال، يمكن الإشارة إلى المجموعة المكونة من الأعداد الصحيحة 3 و4 و5 بالرمز التالي :{3،4،5}{\displaystyle \{3,4,5\}}يُطلق عليه اسم نموذج القائمة. [ 19 ] إلا أن هذا الأسلوب فعال فقط مع المجموعات الصغيرة؛ أما مع المجموعات الأكبر، فسيكون مُستهلكًا للوقت وعرضةً للأخطاء. وبدلًا من سرد كل عنصر على حدة، تُستخدم أحيانًا علامة الحذف ("...") لتمثيل عدة عناصر بين العنصر الأول والعنصر الأخير في المجموعة، إذا اعتقد الكاتب أن القارئ يستطيع بسهولة تخمين ما تُمثله علامة الحذف ("...")؛ على سبيل المثال،{1،2،3،...،100}{\displaystyle \{1,2,3,\dots ,100\}}من المفترض أن تشير إلى مجموعة الأعداد الصحيحة من 1 إلى 100. مع ذلك، حتى في هذه الحالة، لا يزال من الممكن سرد جميع العناصر، لأن عدد العناصر في المجموعة محدود. إذا قمنا بترقيم عناصر المجموعة 1، 2، وهكذا، حتىن{\displaystyle n}وهذا يعطينا التعريف المعتاد لـ "مجموعات ذات حجمن{\displaystyle n}".

التحويل التقابلي من الأعداد الصحيحة إلى الأعداد الزوجية

بعض المجموعات لا نهائية ؛ هذه المجموعات تحتوي على أكثر منن{\displaystyle n}العناصر حيثن{\displaystyle n}أي عدد صحيح يمكن تحديده. (بغض النظر عن حجم العدد الصحيح المحدد)ن{\displaystyle n}هو، مثلن=101000{\displaystyle n=10^{1000}}تحتوي المجموعات اللانهائية على أكثر منن{\displaystyle n}(العناصر.) على سبيل المثال، مجموعة الأعداد الطبيعية، التي يمكن الإشارة إليها بـ{0،1،2،3،4،5،...}{\displaystyle \{0,1,2,3,4,5,\dots \}}تحتوي المجموعة [ a ] على عدد لا نهائي من العناصر، ولا يمكننا استخدام أي عدد طبيعي لتحديد حجمها. قد يبدو من الطبيعي تقسيم المجموعات إلى فئات مختلفة: جمع جميع المجموعات التي تحتوي على عنصر واحد معًا؛ وجمع جميع المجموعات التي تحتوي على عنصرين معًا؛ ...؛ وأخيرًا، جمع جميع المجموعات اللانهائية معًا واعتبارها متساوية في الحجم. هذا التصور مناسب للمجموعات اللانهائية القابلة للعد، وكان هو الافتراض السائد قبل أعمال جورج كانتور. على سبيل المثال، يوجد عدد لا نهائي من الأعداد الفردية، وعدد لا نهائي من الأعداد الزوجية، وعدد لا نهائي من الأعداد الصحيحة إجمالًا. يمكننا اعتبار جميع هذه المجموعات متساوية في "الحجم" لأنه يمكننا ترتيب العناصر بحيث يكون لكل عدد صحيح عدد زوجي مختلف. ...-2-4،-1-2،00،12،24{\displaystyle \ldots \,-\!2\!\rightarrow \!-\!4,\,-\!1\!\rightarrow \!-\!2,\,0\!\rightarrow \!0,\,1\!\rightarrow \!2,\,2\!\rightarrow \!4\,\cdots } أو بشكل أعم،ن2ن{\displaystyle n\rightarrow 2n}(انظر الصورة). ما فعلناه هنا هو ترتيب الأعداد الصحيحة والأعداد الزوجية في تناظر أحادي (أو تقابل )، وهو دالة تربط بين مجموعتين بحيث يقابل كل عنصر في كل مجموعة عنصرًا واحدًا فقط في المجموعة الأخرى. هذا المفهوم الرياضي لـ "الحجم"، أو العددية، يعني أن مجموعتين تكونان متساويتين في الحجم إذا وفقط إذا كان بينهما تقابل. نسمي جميع المجموعات التي تناظر تناظرًا أحاديًا مع الأعداد الصحيحة " غير منتهية قابلة للعد"، ونقول إن لها عددًا من العناصر يساوي 1.0{\displaystyle \aleph _{0}}.

أثبت جورج كانتور أن ليس كل المجموعات اللانهائية قابلة للعد. على سبيل المثال، لا يمكن وضع الأعداد الحقيقية في تناظر واحد لواحد مع الأعداد الطبيعية (الأعداد الصحيحة غير السالبة).

تتميز مجموعة الأعداد الحقيقية بعدد عناصر أكبر من مجموعة الأعداد الطبيعية، ولذا تُوصف بأنها غير قابلة للعد. يقدم برهان كانتور القطري دليلاً رسميًا باستخدام استراتيجية البرهان بالخلف . يبدأ هذا البرهان بافتراض أن مجموعة الأعداد الحقيقية ضمن الفترة (0، 1) قابلة للعد. إذا صحّ هذا الافتراض، فإنه يمكن ترتيب كل عدد حقيقي في هذه الفترة في قائمة متسلسلة ( s1 ، s2 ، s3 ، ...) حيث يُمثل كل عدد بتوسيع عشري لانهائي. تُشكل هذه القائمة المنظمة أساسًا لبناء عدد حقيقي محدد، من المؤكد منطقيًا أنه غير موجود في المتسلسلة، مما يُبطل الفرضية الأساسية للعد.

يتشكل التناقض عند تعريف هذا العدد الحقيقي الجديد،x{\displaystyle x}حيث كلن{\displaystyle n}يتم اختيار الرقم العشري رقم -th تحديدًا ليختلف عنن{\displaystyle n}الرقم -th منن{\displaystyle n}الرقم رقم في القائمة. من خلال ضمان كل رقمxن{\displaystyle x_{n}}لا يساويدن{\displaystyle d_{n}}(مع تجنب استخدام 0 أو 9 لمنع حدوث لبس مع الأعداد العشرية المتكررة)، العدد الناتجx{\displaystyle x}يختلف عن كل عنصر في المتتالية بمقدار منزلة عشرية واحدة على الأقل.x{\displaystyle x}إذا كان عدداً حقيقياً بين 0 و1 لا يظهر في القائمة المفترضة الكاملة، فإنه يترتب على ذلك أنه لا يمكن وجود تقابل بين الأعداد الطبيعية والأعداد الحقيقية. [ 20 ]

نظرة عامة رسمية

بحسب التعريف، مجموعةS{\displaystyle S}تكون قابلة للعد إذا وُجد تقابل بينS{\displaystyle S}ومجموعة فرعية من الأعداد الطبيعيةشمال={0،1،2،...}{\displaystyle \mathbb {N} =\{0,1,2,\dots \}}على سبيل المثال، حدد التطابق أ1، ب2، ج3{\displaystyle a\leftrightarrow 1,\ b\leftrightarrow 2,\ c\leftrightarrow 3} بما أن كل عنصر منS={أ،ب،ج}{\displaystyle S=\{a,b,c\}}يقترن بعنصر واحد فقط من{1،2،3}{\displaystyle \{1,2,3\}}والعكس صحيح ، وهذا يُعرّف تقابلاً، ويُبيّن أنS{\displaystyle S}هي قابلة للعد. وبالمثل، يمكننا إثبات أن جميع المجموعات المنتهية قابلة للعد.

أما بالنسبة لحالة المجموعات غير المنتهية، فإن المجموعةS{\displaystyle S}تكون المجموعة لانهائية قابلة للعد إذا كان هناك تقابل بينS{\displaystyle S}وكل ماشمال{\displaystyle \mathbb {N} }على سبيل المثال، انظر إلى المجموعاتأ={1،2،3،...}{\displaystyle A=\{1,2,3,\dots \}}، مجموعة الأعداد الصحيحة الموجبة ، وب={0،2،4،6،...}{\displaystyle B=\{0,2,4,6,\dots \}}، وهي مجموعة الأعداد الزوجية. يمكننا إثبات أن هذه المجموعات لا نهائية قابلة للعد من خلال إظهار تقابل مع الأعداد الطبيعية. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام عمليات الإسناد.نن+1{\displaystyle n\leftrightarrow n+1}ون2ن{\displaystyle n\leftrightarrow 2n}، لهذا السبب 01،12،23،34،45،...00،12،24،36،48،...{\displaystyle {\begin{matrix}0\leftrightarrow 1,&1\leftrightarrow 2,&2\leftrightarrow 3,&3\leftrightarrow 4,&4\leftrightarrow 5,&\ldots \\[6pt]0\leftrightarrow 0,&1\leftrightarrow 2,&2\leftrightarrow 4,&3\leftrightarrow 6,&4\leftrightarrow 8,&\ldots \end{matrix}}} كل مجموعة غير منتهية قابلة للعد هي مجموعة قابلة للعد، وكل مجموعة غير منتهية قابلة للعد هي مجموعة غير منتهية قابلة للعد. علاوة على ذلك، أي مجموعة جزئية من الأعداد الطبيعية هي مجموعة قابلة للعد، وبشكل أعم:

نظرية المجموعة الجزئية من مجموعة قابلة للعد هي مجموعة قابلة للعد. [ 21 ]

مجموعة جميع الأزواج المرتبة من الأعداد الطبيعية ( الناتج الديكارتي لمجموعتين من الأعداد الطبيعية،شمال×شمال{\displaystyle \mathbb {N} \times \mathbb {N} }) عدد لانهائي قابل للعد، كما يمكن رؤيته من خلال اتباع مسار مثل المسار الموجود في الصورة:

تقوم دالة اقتران كانتور بتعيين عدد طبيعي واحد (أزرق) لكل زوج من الأعداد الطبيعية (الإحداثيات الأفقية والرأسية).

تتم عملية رسم الخرائط الناتجة على النحو التالي:

0(0،0)،1(1،0)،2(0،1)،3(2،0)،4(1،1)،5(0،2)،6(3،0)،...{\displaystyle 0\leftrightarrow (0,0),1\leftrightarrow (1,0),2\leftrightarrow (0,1),3\leftrightarrow (2,0),4\leftrightarrow (1,1),5\leftrightarrow (0,2),6\leftrightarrow (3,0),\ldots } يشمل هذا التخطيط جميع الأزواج المرتبة من هذا القبيل.

هذا الشكل من أشكال التحويل المثلثي يُعمم بشكل متكرر إلىن{\displaystyle n}- مجموعات من الأعداد الطبيعية، أي(أ1،أ2،أ3،...،أن){\displaystyle (a_{1},a_{2},a_{3},\dots ,a_{n})}أينأأنا{\displaystyle a_{i}}ون{\displaystyle n}هي أعداد طبيعية، من خلال تكرار تعيين أول عنصرين منن{\displaystyle n}تحويل مجموعة من الأرقام إلى عدد طبيعي. على سبيل المثال،(0،2،3){\displaystyle (0,2,3)}يمكن كتابتها على النحو التالي((0،2)،3){\displaystyle ((0,2),3)}. ثم(0،2){\displaystyle (0,2)}الخرائط إلى 5 لذا((0،2)،3){\displaystyle ((0,2),3)}خرائط إلى(5،3){\displaystyle (5,3)}، ثم(5،3){\displaystyle (5,3)}يُقابل الرقم 39. بما أنه زوج ثنائي مختلف، فهذا زوج مثل(أ،ب){\displaystyle (a,b)}، حيث يُشير إلى عدد طبيعي مختلف، يكفي وجود اختلاف بين مجموعتين من n-tuples بعنصر واحد لضمان أن تُشير المجموعتان إلى أعداد طبيعية مختلفة. لذا، فإنّ الدمج من مجموعةن{\displaystyle n}- صفوف إلى مجموعة الأعداد الطبيعيةشمال{\displaystyle \mathbb {N} }تم إثبات ذلك. بالنسبة لمجموعةن{\displaystyle n}-الصفوف المكونة من خلال الضرب الديكارتي لعدد محدود من المجموعات المختلفة، كل عنصر في كل صف له ما يقابله من عدد طبيعي، لذلك يمكن كتابة كل صف بالأعداد الطبيعية ثم يتم تطبيق نفس المنطق لإثبات النظرية.

نظرية حاصل الضرب الديكارتي لعدد محدود من المجموعات القابلة للعد هو مجموعة قابلة للعد. [ 22 ] [ ب ]

مجموعة جميع الأعداد الصحيحةZ{\displaystyle \mathbb {Z} }ومجموعة جميع الأعداد النسبيةسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }قد يبدو بديهياً أكبر بكثير مما هو عليهشمال{\displaystyle \mathbb {N} }لكن المظاهر قد تكون خادعة. إذا تم التعامل مع زوج من الكسور على أنه بسط ومقام كسر عادي (كسر على شكلأ/ب{\displaystyle a/b}أينأ{\displaystyle a}وب0{\displaystyle b\neq 0}إذا كانت الأعداد صحيحة، فإنه لكل كسر موجب، يمكننا إيجاد عدد طبيعي مميز يقابله. يشمل هذا التمثيل أيضًا الأعداد الطبيعية، لأن كل عدد طبيعين{\displaystyle n}وهو أيضًا كسرن/1{\displaystyle n/1}لذا نستنتج أن عدد الأعداد النسبية الموجبة يساوي تمامًا عدد الأعداد الصحيحة الموجبة. وينطبق هذا أيضًا على جميع الأعداد النسبية، كما هو موضح أدناه.

نظرية Z{\displaystyle \mathbb {Z} }(مجموعة جميع الأعداد الصحيحة) وسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }(مجموعة جميع الأعداد النسبية) قابلة للعد. [ ج ]

وبالمثل، فإن مجموعة الأعداد الجبرية قابلة للعد. [ 24 ] [ د ]

أحيانًا يكون من المفيد وجود أكثر من عملية ربط واحدة: إذا كانت مجموعةأ{\displaystyle A}يتم عرض العنصر على أنه قابل للعد عن طريق تعيينه بشكل فردي (حقن) إلى مجموعة أخرىب{\displaystyle B}، ثمأ{\displaystyle A}يثبت أنه قابل للعد إذاب{\displaystyle B}يتم ربط كل عنصر من عناصر مجموعة الأعداد الطبيعية بعنصر واحد لعنصر آخر. على سبيل المثال، يمكن بسهولة ربط مجموعة الأعداد النسبية الموجبة بعنصر واحد لعنصر آخر مع مجموعة أزواج الأعداد الطبيعية (الثنائيات) لأنص/q{\displaystyle p/q}خرائط إلى(ص،q){\displaystyle (p,q)}بما أن مجموعة أزواج الأعداد الطبيعية يتم تعيينها بشكل فردي (في الواقع تطابق أو تقابل فردي) إلى مجموعة الأعداد الطبيعية كما هو موضح أعلاه، فقد ثبت أن مجموعة الأعداد النسبية الموجبة قابلة للعد.

نظرية أي اتحاد منتهٍ لمجموعات قابلة للعد هو مجموعة قابلة للعد. [ 25 ] [ 26 ] [ هـ ]

انطلاقاً من معرفتنا المسبقة بوجود مجموعات غير قابلة للعد، نتساءل عما إذا كان بالإمكان توسيع هذه النتيجة الأخيرة. الإجابة هي "نعم" و"لا"، إذ يمكننا توسيعها، لكننا نحتاج إلى افتراض بديهية جديدة للقيام بذلك.

نظرية (بافتراض بديهية الاختيار القابل للعد ) اتحاد عدد قابل للعد من المجموعات القابلة للعد هو اتحاد قابل للعد. [ f ]

تعداد عدد قابل للعد من المجموعات القابلة للعد

على سبيل المثال، بالنظر إلى المجموعات القابلة للعدأ،ب،ج،...{\displaystyle {\textbf {a}},{\textbf {b}},{\textbf {c}},\dots }، نقوم أولاً بتعيين كل عنصر من عناصر كل مجموعة كصف، ثم نقوم بتعيين فهرس لكل صف باستخدام شكل مختلف من التعداد المثلثي الذي رأيناه أعلاه: فِهرِسمترابطة بيانيةعنصر0(0،0)أ01(0،1)أ12(1،0)ب03(0،2)أ24(1،1)ب15(2،0)ج06(0،3)أ37(1،2)ب28(2،1)ج19(3،0)د010(0،4)أ4{\displaystyle {\begin{array}{c|c|c }{\text{Index}}&{\text{Tuple}}&{\text{Element}}\\\hline 0&(0,0)&{\textbf {a}}_{0}\\1&(0,1)&{\textbf {a}}_{1}\\2&(1,0)&{\textbf {b}}_{0}\\3&(0,2)&{\textbf {a}}_{2}\\4&(1,1)&{\textbf {b}}_{1}\\5&(2,0)&{\textbf {c}}_{0}\\6&(0,3)&{\textbf {a}}_{3}\\7&(1,2)&{\textbf {b}}_{2}\\8&(2,1)&{\textbf {c}}_{1}\\9&(3,0)&{\textbf {d}}_{0}\\10&(0,4)&{\textbf {a}}_{4}\\\vdots &&\end{array}}}

نحتاج إلى بديهية الاختيار القابل للعد لفهرسة جميع المجموعاتأ،ب،ج،...{\displaystyle {\textbf {a}},{\textbf {b}},{\textbf {c}},\dots }معًا.

نظرية مجموعة جميع المتتاليات ذات الطول المحدود للأعداد الطبيعية قابلة للعد.

هذه المجموعة هي اتحاد المتتاليات ذات الطول 1، والمتتاليات ذات الطول 2، والمتتاليات ذات الطول 3، وهكذا، وكل منها مجموعة قابلة للعد (حاصل ضرب ديكارتي منتهٍ). وبالتالي، فإن المجموعة هي اتحاد قابل للعد لمجموعات قابلة للعد، وهي قابلة للعد وفقًا للنظرية السابقة.

نظرية مجموعة جميع المجموعات الجزئية المنتهية للأعداد الطبيعية قابلة للعد.

يمكن ترتيب عناصر أي مجموعة جزئية منتهية في متتالية منتهية. وبما أن عدد المتتاليات المنتهية محدود، فإن عدد المجموعات الجزئية المنتهية محدود أيضاً.

نظرية ليكنS{\displaystyle S}وتي{\displaystyle T}مجموعات be.

  1. إذا كانت الدالةو:Sتي{\displaystyle f:S\to T}هو حقني وتي{\displaystyle T}إذن، يكون قابلاً للعدS{\displaystyle S}هو قابل للعد.
  2. إذا كانت الدالةز:Sتي{\displaystyle g:S\to T}هو شامل وS{\displaystyle S}إذن، يكون قابلاً للعدتي{\displaystyle T}هو قابل للعد.

وتنتج هذه النتائج من تعريفات المجموعة القابلة للعد باعتبارها دوالًا أحادية/شاملة. [ g ]

تنص نظرية كانتور على أنه إذاأ{\displaystyle A}هي مجموعة وP(أ){\displaystyle {\mathcal {P}}(A)}هي مجموعة القوى الخاصة بها ، أي مجموعة جميع المجموعات الجزئية منأ{\displaystyle A}إذن، لا توجد دالة شاملة منأ{\displaystyle A}لP(أ){\displaystyle {\mathcal {P}}(A)}يُقدَّم برهانٌ في مقالة نظرية كانتور . وكنتيجة مباشرة لذلك وللنظرية الأساسية المذكورة أعلاه، لدينا:

الاقتراح المجموعةP(شمال){\displaystyle {\mathcal {P}}(\mathbb {N} )}غير قابل للعد؛ أي أنه غير قابل للعد .

للاطلاع على تفاصيل هذه النتيجة، انظر إلى حجة كانتور القطرية .

مجموعة الأعداد الحقيقية غير قابلة للعد، [ h ] وكذلك مجموعة جميع المتتاليات اللانهائية من الأعداد الطبيعية.

النموذج الأدنى لنظرية المجموعات قابل للعد

إذا وُجدت مجموعة تُشكّل نموذجًا قياسيًا (انظر النموذج الداخلي ) لنظرية مجموعات ZFC، فإنه يوجد نموذج قياسي أدنى (انظر الكون القابل للبناء ). يمكن استخدام نظرية لوفنهايم-سكولم لإثبات أن هذا النموذج الأدنى قابل للعد. ويتضح ذلك من حقيقة أن مفهوم "عدم القابلية للعد" منطقي حتى في هذا النموذج، وخاصةً أن هذا النموذج M يحتوي على عناصر:

  • مجموعات جزئية من M ، وبالتالي قابلة للعد،
  • لكنها غير قابلة للعد من وجهة نظر م ،

كان يُنظر إليه على أنه متناقض في الأيام الأولى لنظرية المجموعات؛ انظر مفارقة سكوليم للمزيد.

يتضمن النموذج القياسي الأدنى جميع الأعداد الجبرية وجميع الأعداد المتسامية القابلة للحساب بشكل فعال ، بالإضافة إلى العديد من أنواع الأعداد الأخرى.

إجمالي الطلبات

يمكن ترتيب المجموعات القابلة للعد ترتيباً كاملاً بطرق مختلفة، على سبيل المثال:

  • الرتب الجيدة (انظر أيضًا العدد الترتيبي ):
    • الترتيب المعتاد للأعداد الطبيعية (0، 1، 2، 3، 4، 5، ...)
    • الأعداد الصحيحة بالترتيب (0، 1، 2، 3، ...؛ -1، -2، -3، ...)
  • أخرى ( طلبات غير جيدة):
    • الترتيب المعتاد للأعداد الصحيحة (..., −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3, ...)
    • الترتيب المعتاد للأعداد النسبية (لا يمكن كتابته صراحةً كقائمة مرتبة!)

في كلا المثالين لترتيبات الآبار المذكورة هنا، تحتوي أي مجموعة جزئية على أصغر عنصر ؛ وفي كلا المثالين لترتيبات غير الآبار، لا تحتوي بعض المجموعات الجزئية على أصغر عنصر . هذا هو التعريف الأساسي الذي يحدد ما إذا كان الترتيب الكلي ترتيبًا للآبار أيضًا.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. 1 2 بما أن هناك تقابلًا واضحًا بينشمال{\displaystyle \mathbb {N} }وشمال*={1،2،3،...}{\displaystyle \mathbb {N} ^{*}=\{1,2,3,\dots \}}لا فرق إن اعتبرنا الصفر عددًا طبيعيًا أم لا. على أي حال، تتبع هذه المقالة معيار ISO 31-11 والاتفاقية القياسية في المنطق الرياضي ، والتي تعتبر الصفر عددًا طبيعيًا.
  2. الدليل: لاحظ أنشمال×شمال{\displaystyle \mathbb {N} \times \mathbb {N} }يمكن عدها كنتيجة للتعريف لأن الدالةو:شمال×شمالشمال{\displaystyle f:\mathbb {N} \times \mathbb {N} \to \mathbb {N} }مقدم منو(م،ن)=2م3ن{\displaystyle f(m,n)=2^{m}\cdot 3^{n}}هي دالة أحادية. [ 23 ] ويترتب على ذلك أن حاصل الضرب الديكارتي لأي مجموعتين قابلتين للعد هو مجموعة قابلة للعد، لأنه إذاأ{\displaystyle A}وب{\displaystyle B}هما مجموعتان قابلتان للعد، وهناك تطبيقات شاملة.و:شمالأ{\displaystyle f:\mathbb {N} \to A}وز:شمالب{\displaystyle g:\mathbb {N} \to B}. لذاو×ز:شمال×شمالأ×ب{\displaystyle f\times g:\mathbb {N} \times \mathbb {N} \to A\times B} هو تطبيق شامل من المجموعة القابلة للعدشمال×شمال{\displaystyle \mathbb {N} \times \mathbb {N} }إلى المجموعةأ×ب{\displaystyle A\times B}والنتيجة المترتبة على ذلكأ×ب{\displaystyle A\times B}قابلة للعد. تعمم هذه النتيجة على حاصل الضرب الديكارتي لأي مجموعة منتهية من المجموعات القابلة للعد، ويتبع البرهان بالاستقراء على عدد المجموعات في المجموعة.
  3. البرهان: الأعداد الصحيحةZ{\displaystyle \mathbb {Z} }قابلة للعد لأن الدالةو:Zشمال{\displaystyle f:\mathbb {Z} \to \mathbb {N} }مقدم منو(ن)=2ن{\displaystyle f(n)=2n}لون0{\displaystyle n\geq 0}وو(ن)=-2ن-1{\displaystyle f(n)=-2n-1}لون<0{\displaystyle n<0}، هي دالة تقابلية. الأعداد النسبيةسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }قابلة للعد لأن الدالةز:Z×شمالسؤال{\displaystyle g:\mathbb {Z} \times \mathbb {N} \to \mathbb {Q} }مقدم منز(م،ن)=م/(ن+1){\displaystyle g(m,n)=m/(n+1)}هو تطبيق شامل من المجموعة القابلة للعدZ×شمال{\displaystyle \mathbb {Z} \times \mathbb {N} }إلى العقلانيينسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }.
  4. البرهان: بحسب التعريف، كل عدد جبري (بما في ذلك الأعداد المركبة) هو جذر لكثير حدود بمعاملات صحيحة. بفرض عدد جبريα{\displaystyle \alpha }، يتركأ0x0+أ1x1+أ2x2++أنxن{\displaystyle a_{0}x^{0}+a_{1}x^{1}+a_{2}x^{2}+\cdots +a_{n}x^{n}}ليكن متعدد الحدود ذو معاملات صحيحة بحيثα{\displaystyle \alpha }هوك{\displaystyle k}الجذر النوني لكثير الحدود، حيث تُرتَّب الجذور حسب القيمة المطلقة من الأصغر إلى الأكبر، ثم حسب الوسيط من الأصغر إلى الأكبر. يمكننا تعريف دالة أحادية (أي دالة تقابل).و:أسؤال{\displaystyle f:\mathbb {A} \to \mathbb {Q} }مقدم منو(α)=2ك-13أ05أ17أ2صن+2أن{\displaystyle f(\alpha )=2^{k-1}\cdot 3^{a_{0}}\cdot 5^{a_{1}}\cdot 7^{a_{2}}\cdots {p_{n+2}}^{a_{n}}}، أينصن{\displaystyle p_{n}}هون{\displaystyle n}العدد الأولي رقم -th .
  5. الدليل: إذاأأنا{\displaystyle A_{i}}هي مجموعة قابلة للعد لكلأنا{\displaystyle i}فيأنا={1،...،ن}{\displaystyle I=\{1,\dots ,n\}}ثم لكلأنا{\displaystyle i}توجد دالة شاملةزأنا:شمالأأنا{\displaystyle g_{i}:\mathbb {N} \to A_{i}}وبالتالي الوظيفة جي:أنا×شمالأناأناأأنا،{\displaystyle G:I\times \mathbf {N} \to \bigcup _{i\in I}A_{i},} مقدم منجي(أنا،م)=زأنا(م){\displaystyle G(i,m)=g_{i}(m)}هي دالة شاملة. بما أنأنا×شمال{\displaystyle I\times \mathbb {N} }قابل للعد، الاتحادأناأناأأنا{\textstyle \bigcup _{i\in I}A_{i}}هو قابل للعد.
  6. البرهان : كما في الحالة المحدودة، ولكنأنا=شمال{\displaystyle I=\mathbb {N} }ونستخدم بديهية الاختيار القابل للعد لاختيار كلأنا{\displaystyle i}فيشمال{\displaystyle \mathbb {N} }الشموليةزأنا{\displaystyle g_{i}}من المجموعة غير الفارغة من التطبيقات الشاملة منشمال{\displaystyle \mathbb {N} }لأأنا{\displaystyle A_{i}}[ 27 ] لاحظ أنه بما أننا ندرس الشموليةجي:شمال×شمالأناأناأأنا{\displaystyle G:\mathbf {N} \times \mathbf {N} \to \bigcup _{i\in I}A_{i}}بدلاً من الحقن، لا يوجد شرط بأن تكون المجموعات منفصلة.
  7. البرهان : بالنسبة لـ (1) لاحظ أنه إذاتي{\displaystyle T}إذا كانت قابلة للعد، فهناك دالة أحادية ح:تيشمال{\displaystyle h:T\to \mathbb {N} }ثم إذاو:Sتي{\displaystyle f:S\to T}التركيب قابل للحقنحو:Sشمال{\displaystyle h\circ f:S\to \mathbb {N} }هي دالة حقنية، لذاS{\displaystyle S}قابل للعد. بالنسبة لـ (2)، لاحظ أنه إذاS{\displaystyle S}قابل للعد، إماS{\displaystyle S}إما أن تكون فارغة أو أن هناك دالة شاملةح:شمالS{\displaystyle h:\mathbb {N} \to S}ثم إذاز:Sتي{\displaystyle g:S\to T}هو شامل، إماS{\displaystyle S}وتي{\displaystyle T}كلاهما فارغ، أو التركيبزح:شمالتي{\displaystyle g\circ h:\mathbb {N} \to T}هو شامل. في كلتا الحالتينتي{\displaystyle T}هو قابل للعد.
  8. انظر إلى برهان عدم العد الأول لكانتور ، وكذلك خاصية التقاطع المحدود#التطبيقات للحصول على برهان طوبولوجي.

الاقتباسات

  1. ^ ماركو مانيتي (19 يونيو 2015). طوبولوجيا . سبرينغر. ص.  26. رقم ISBN 978-3-319-16958-3.
  2. رودين 1976 ، الفصل 2
  3. تاو 2016 ، ص 181 
  4. كامكي 1950 ، ص 2 
  5. 1 2 لانغ 1993 ، الفقرة 2 من الفصل الأول
  6. أبوستول 1969 ، ص 23، الفصل 1.14 
  7. تيري، فيالار (4 أبريل 2017). دليل الرياضيات . BoD - كتب حسب الطلب. ص 24. ISBN  978-2-9551990-1-5.
  8. موخيرجي، سوبير كومار (2009). مدخل إلى التحليل الحقيقي . دار النشر الأكاديمية. ص 22. ISBN  978-81-89781-90-3.
  9. 1 2 3 يعقوب، علاء الدين م. (24 أكتوبر 2014). مقدمة في علم ما وراء اللغة . دار برودفيو للنشر. ISBN 978-1-4604-0244-3.
  10. سينغ، تيج بهادور (17 مايو 2019). مقدمة في علم الطوبولوجيا . سبرينغر. ص 422. ISBN  978-981-13-6954-4.
  11. 1 2 كاتزوراكيس، نيكولاوس؛ فارفاروكا، يوجين (2 يناير 2018). مقدمة توضيحية للتحليل الحديث . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-351-76532-9.
  12. هالموس 1960 ، ص 91
  13. كامكي 1950 ، ص 2
  14. دلاب، فلاستيميل؛ ويليامز، كينيث س. (9 يونيو 2020). دعوة إلى الجبر: مجموعة موارد للمعلمين وطلاب المرحلة الجامعية المتقدمة وطلاب الدراسات العليا في الرياضيات . وورلد ساينتيفيك. ص 8. ISBN  978-981-12-1999-3.
  15. تاو 2016 ، ص 182 
  16. ستيلويل، جون سي. (2010)، طرق إلى اللانهاية: رياضيات الحقيقة والبرهان ، مطبعة سي آر سي، ص 10، رقم ISBN  9781439865507كان اكتشاف كانتور للمجموعات غير القابلة للعد في عام 1874 أحد أكثر الأحداث غير المتوقعة في تاريخ الرياضيات. قبل عام 1874، لم يكن مفهوم اللانهاية يُعتبر موضوعًا رياضيًا مشروعًا لدى معظم الناس، لذا لم يكن من الممكن تصور الحاجة إلى التمييز بين اللانهاية القابلة للعد واللانهاية غير القابلة للعد.
  17. كانتور 1878، ص 242.
  18. ^ فيريروس 2007، ص 268 ، 272 273.
  19. "ما هي المجموعات وتشكيلة اللاعبين؟" . تاريخ الانتهاء . 2021-05-09. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2020-09-18.
  20. ^ كانتور ، جورج (1891). Ueber eine Elementare Frage der Mannigfaltigkeitslehre [ في سؤال أولي حول نظرية المجموعات ] . برلين، ألمانيا: دروك وفيرلاغ فون جورج رايمر. ص 75 – 78. 
  21. هالموس 1960 ، ص 91
  22. هالموس 1960 ، ص 92
  23. أفيلسجارد 1990 ، ص 182
  24. كامكي 1950 ، ص 3-4 
  25. أفيلسجارد 1990 ، ص 180
  26. فليتشر وباتي 1988 ، ص 187
  27. هرباسيك، كاريل؛ جيتش، توماس (22 يونيو 1999). مقدمة في نظرية المجموعات، الطبعة الثالثة، منقحة وموسعة . مطبعة سي آر سي. ص 141. ISBN  978-0-8247-7915-3.

مراجع