рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Определение 3: Множество, эквивалентное множеству чисел натурального ряда, называется счетным.

Определение 3: Множество, эквивалентное множеству чисел натурального ряда, называется счетным. - раздел Математика, КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ Натуральный Ряд Чисел – Это Счётное Множество. Все Множества, Равномощные Мно...

Натуральный ряд чисел – это счётное множество. Все множества, равномощные множеству , имеют такую же мощность.

Теорема 4: Для того чтобы множество было счетным, необходимо и достаточно, чтобы его элементы можно было «перенумеровать», т.е. представить в форме последовательности:

. (1)

Доказательство: Если множество представлено в форме (1), то достаточно каждому элементу поставить в соответствие его индекс , чтобы получить взаимно однозначное соответствие между множеством и , так что - счётно.

Обратно, если - счётно, то существует взаимно однозначное соответствие между множествами и . Обозначим через и получим представление в форме (1).

Теорема 5: Из всякого бесконечного множества всегда можно выделить счётное подмножество .

Доказательство: Пусть - бесконечное множество. Возьмем в этом множестве произвольный элемент . Т.к. бесконечно, то в нём есть и другие элементы. Можно выбрать элемент . По тем же соображениям множество не пусто и в нём можно выбрать элемент . Ввиду бесконечности множества этот процесс можно продолжать неограниченно. В результате получили последовательность элементов: . Эта выбранная последовательность и образует счётное подмножество , т. к. все элементы в ней перенумерованы. Что и требовалось доказать.

Следствие: Таким образом, мощность счётного множества наименьшая из всех мощностей бесконечных множеств. Всем множествам, эквивалентным множеству , ставится в соответствие одно и то же кардинальное число.

Теорема 6: Всякое бесконечное подмножество счётного множества счётно.

Доказательство: Пусть - счетное множество, а - его бесконечное подмножество. Так как множество - счётно, то все его элементы можно перенумеровать, т. е. представить в виде последовательности: . Будем перебирать один за другим элементы множества в порядке возрастания их номеров. При этом нам будут встречаться элементы множества . Соотнося каждому элементу множества номер «встречи» с ним, мы перенумеруем множество , причём, в силу бесконечности , на его нумерацию пойдут все натуральные числа.

Следствие: Если из счётного множества удалить конечное подмножество, то оставшееся множество будет счётным.

Перечислим ещё некоторые свойства счётных множеств.

Так как для любого натурального числа множество вида - счетно, тогда сумма конечного и счётного множества без их общих элементов является счётным множеством.

Сумма конечного или счетного числа попарно не пересекающихся счетных множеств есть счётное множество. Покажем схематически, как можно занумеровать полученную сумму для конечного числа слагаемых: , где множества имеют следующий вид:

,

,

.

Расположим элементы данных множеств так, как показано на рисунке. Таким образом, натуральные номера присваиваются сначала первым элементам данных множеств, затем – вторым и т. д.

Далее рассмотрим сумму (объединение) счётного числа попарно не пересекающихся счётных множеств: .

На рисунке показана примерная схема нумерации элементов данных множеств. Пользуясь рассмотренными свойствами счётных множеств, можно всех целых чисел - счётно:

.

.

Это множество – есть объединение конечного числа счётных множеств, следовательно, оно является счётным.

Также схематически можно показать, что множество всех точек плоскости с целочисленными координатами счетно. Отсюда нетрудно вывести, что множество всех рациональных чисел также счетно.

Ниже рассмотрим множества, мощность которых отлична от мощности счётного множества.

 

Теорема 7: Множество всех последовательностей из нулей и единиц не счетно.

Доказательство: Рассматриваемое множество, очевидно, является бесконечным. Поэтому достаточно доказать, что не существует взаимно однозначного отображения множества натуральных чисел на множество двоичных последовательностей. Докажем это утверждение методом от противного. Предположим, что множество всех двоичных последовательностей можно перенумеровать, т.е. любой последовательности из нулей и единиц можно поставить в соответствие некоторый натуральный номер. Схематически это соответствие можно представить следующим образом:

,

,

,

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,

,

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,

Где - это элементы двоичных последовательностей, т. е. 0 или 1.

Покажем, что существует двоичная последовательность, которая при этом не получит номера. Построим такую последовательность следующим образом. Выберем первый её элемент (если , то ; если , то ). Аналогично выбираем остальные элементы: , ,..., и т.д. Тем самым, для всех индексов будет выбран элемент (если , то ; если , то ). Тогда построенная последовательность не совпадает с первой последовательностью, так как . Она не совпадает со второй последовательностью, т.к. и т.д. Последовательность не совпадает с последовательностью, получившей номер , т.к. и т.д. Таким образом, последовательность не может получить номера вопреки предположению. Это означает, что множество всех двоичных последовательностей не эквивалентно множеству натуральных чисел. Тем самым доказано, что множество двоичных последовательностей нечетно.

Замечание: Метод доказательства, примененный в теореме 7, называют Канторовым диагональным методом. Его можно использовать при решении задач и при доказательстве подобных утверждений.

Применяя Канторов диагональный метод, можно, например, доказать, что множество всех точек отрезка несчетно.

Нетрудно показать, что мощность множества всех двоичных последовательностей равна мощности множества всех действительных чисел отрезка , или мощности всех последовательностей натуральных чисел. Все эти множества являются несчётными, а также равномощными, значит, им соответствует одно и то же кардинальное число.

Действительно, каждую цифру в десятичной записи числа или каждое натуральное число можно зашифровать конечным набором из 0 и 1, поэтому любое действительное число отрезка или любую последовательность натуральных чисел можно зашифровать последовательностью из нулей и единиц.

На протяжении трех лет (с 1871 по 1874г.) основатель теории множеств Георг Кантор искал доказательство того, что взаимно однозначное соответствие между точками отрезка и точками квадрата невозможно. Неожиданно ему удались построить соответствие, которое он считал невозможным! Математику Дедекинду он писал: «И вижу это, но не верю». Но интуиция подвела и здесь.

Дадим эскиз доказательства Кантора. Каждую точку квадрата можно задать её координатами и . Эти числа можно записать, как бесконечные десятичные дроби, т.к. и . не больше 1.

Пусть , (для простоты мы взяли внутренние точки квадрата). Выпишем число , десятичные знаки которого получаются «перемешиванием» десятичных знаков чисел и следующим образом: .

Точка принадлежит отрезку , причем соответствие является взаимно однозначным. Таким образом, установлено взаимно однозначное соответствие между всеми точками квадрата и частью точек отрезка . Это показывает, что множество, точек квадрата имеет не большую мощность, чем множества точек отрезка. Но его мощность и не меньшее, а потому эти мощности совпадают. Не только квадрат, но и куб, и вообще любая геометрическая фигура, содержащая хотя бы одну лини, имеет столько же точек и отрезок. Такие множества назовём множествами мощности континуум (от латинского слова continuum - непрерывный).

Перечисленные выше множества точек отрезка , множество всех двоичных последовательностей и др. имеют мощность континуум. Можно показать, что множество всех подмножеств любого счетного множества имеет мощность континуум.

Возникает вопрос, существует ли множество, мощность которого больше мощности счетного множества и меньше, чем континуум. Эта задача получила название проблемы континуума. Над этой проблемой думали многие выдающиеся математики, начиная с Г. Кантора, но до 60-х годов XX века эта проблема оставалась нерешенной. В течение многих лет думал над этой проблемой один из крупнейших математиков Н.Н. Лузин. Правда, в ходе размышлений над проблемой континуума Н.Н Лузин решил целый ряд труднейших задач теории множеств и создал целый раздел математики - дескриптивную теорию множеств.

Неудачи попыток решить проблему континуума не были случайными. Оказалось, что положение дел здесь напоминает историю постулата параллельных прямых. Этот постулат пытались на протяжении двух тысячелетий вывести из остальных аксиом евклидовой геометрии. После работ Лобачевского, Гильберта и ряда других ученых выяснилось, что пятый постулат не противоречит остальным аксиомам, но и не может быть выведен из них. Точно так же после работ К. Гёделя, П. С. Новикова, Дж. Коэна и других выяснилось, что утверждение об отсутствии множества промежуточной мощности является аксиомой теории множеств. Не существует мощности, большей, чем мощность счётного множества, и меньшей мощности континуум. Если множество имеет мощность, большую мощности счётного множества, то данное множество имеет мощность континуум.

 

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... имени ВЛАДИМИРА ДАЛЯ... Фесенко Т Н...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Определение 3: Множество, эквивалентное множеству чисел натурального ряда, называется счетным.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ
(для студентов специальности «Прикладная математика», «Информатика», «Системный анализ», «Компьютерные системы и сети»)

Прямое произведение множеств. Бинарные отношения.
  Пусть и - произвольные элементы. Из элементов

Представление бинарных отношений графами.
Понятие графа используется в математике для наглядного представления бинарных отношений, заданных на конечных множествах. Граф представляет собой конечный набор точек плоскости (

И порядка. Фактор-множество.
  В данном параграфе будут рассмотрены некоторые виды бинарных отношений. Рассмотрим непустое множество и зададим на нём бинар

Булевы алгебры.
  Определение 1: Пусть - отношение порядка на множестве

Определение 7: Дистрибутивная решетка с отличными друг от друга 0 и 1, в которой всякий элемент имеет дополнение, называется булевой алгеброй.
Отметим, что теория решеток и теория булевых алгебр – это самостоятельные разделы алгебры. Определение 8: Линейно упорядоченное множество, удовлетворяющее условию мини

Мощность множества. Сравнение мощностей.
  Пусть даны конечные множества и , число элементов которых равно

Определение 2: Множества, обладающие одинаковой мощностью, называются равномощными (эквивалентными).
Два конечных множества будут равномощными, если в них содержится одинаковое число элементов. Если имеем дело с бесконечными множествами, то вопросы, связанные с мощностями, решаются путём установле

Трансфинитная индукция.
  Понятие мощности множества является обобщением понятия количества элементов конечного множества. А число элементов во множестве – это натуральное число. Но над натуральными числами

Определение 3: Если два линейно упорядоченных множества изоморфны, то их называют подобными множествами.
Подобие для линейно упорядоченных множеств - есть бинарное отношение между линейно упорядоченными множествами, являющееся отношением эквивалентности. Фактор-множество по этому отношению эквивалентн

Задачи для самостоятельной работы.
1) Доказать, что два множества равны тогда и только тогда, когда их пересечение и объединение совпадают. 2) Обозначим через множес

Отрицание – обозначается ,читается:«не » или «неверно, что ».
2) Дизъюнкция (логическое сложение), обозначаемое(читается «и

Формулы алгебры логики. Тавтологии.
  В алгебре выводятся формулы, которые остаются верными, какие бы числа не подставляли вместо букв, входящих в эти формулы. Подобным образом в алгебре высказываний конструируются форм

Доказательство.
Необходимость: Пусть формулы и равносильны. Тогда, по определению, для люб

Определение 3: Множество всех значений таких, что предикат при этих значениях принимает значение «истина», называется областью истинности предиката.
Определение 4: Предикат , определённый на множестве , называе

Формулы и тавтологии логики предикатов.
  При введении определения формул логики предикатов будем использовать следующие обозначения (алфавит): 1) – индивид

Формальный язык логики высказываний.
  Таблицы истинности в логике высказываний позволяют ответить на многие вопросы. Например, является ли данная формула тавтологией, противоречием или выполнимой формулой; влечёт ли она

Предикатов. Свойства теорий первого порядка.
  Для записи формул логики предикатов используется следующий алфавит: скобки, запятые, символы исчисления высказываний (отрицание

Задачи для самостоятельной работы.
1.Определить истинность следующих высказываний, если , ,

Определение формулы и суперпозиции.
  Пусть имеется счетное множество переменных , где

Принцип двойственности.
  Пусть – некоторое подмножество множества булевых функций: .

Линейные функции. Монотонные функции.
  Рассмотрим систему функций: , ,

Теорема Поста.
  В предыдущем параграфе были рассмотрены некоторые классы булевых функций. В каждый класс попадают функции, обладающие определённым свойством. Для удобства введём следующие обозначен

Задачи для самостоятельной работы.
1) Сколько имеется различных двоичных наборов длины ? 2) Сколько имеется

Правила комбинаторики.
  Начнем с основных принципов комбинаторики, т.е. с правил. Существует два общих правила комбинаторики: правило сложения и правило умножения. Правило слож

Определение 2: Множество с заданным на нем порядком называется упорядоченным множеством.
Очевидно, что множество, содержащее более одного элемента, можно упорядочить не единственным способом. Например, из двух букв и

Определение 8: Конечные упорядоченные множества называются размещениями.
Теорема 3: Количество всех размещений из элементов по элемен

Определение 10: Конечные неупорядоченные множества называются сочетаниями.
Таким образом, сочетания – это такая выборка элементов, при которой их порядок совершенно не важен. Сочетаний из элементов по

Свойства сочетаний.
  Одной из наиболее распространённых комбинаторных формул является формула числа сочетаний. Для упрощения подсчётов и для доказательства некоторых утверждений удобно использовать след

Комбинаторика с повторениями.
  Одна из особенностей комбинаторных задач заключается в том, что в ней исключительно большую роль играет точность формулировки. Обычно в задаче по комбинаторике необходимо определить

Определение 2: Группы, составленные из объектов, которые принадлежат одному из типов элементов, называют сочетаниями с повторениями.
Число всевозможных сочетаний с повторениями обозначают следующим символом: . Сочетания с повторениями, как было показано в примере

Упражнения для самостоятельной работы.
  1. Сколько всегочетырёхзначных натуральныхчисел? Сколько всего четырёхзначных натуральныхчисел, в записи которых нет одинаковых цифр?  

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги