Avanzado 2C2025 P3 - Cardinalidad II

Tema: Cardinalidad II

Tue-09-09-2025 11:31 profe: Leonard Ehrhorn
status: tags:


R∼(0,+∞)\mathbb{R}\sim(0,+\infty)

f:R→(0,+∞)∣f(x)=exf:\mathbb{R}\to(0,+\infty)\bigm|f(x)=e^{x} con f−1(x)=ln⁡(x)f ^{-1}(x)=\ln(x)

Con dar la inversa bien definida alcanza para decir que es biyectiva.


R∼(a,b)∼[a,b)∼(a,b]\mathbb{R}\sim(a,b)\sim[a,b)\sim(a,b] R∼(0,1)⏟σ∼(a,b)\underbrace{ \mathbb{R}\sim(0,1) }_{ \sigma }\sim(a,b)

con σ:R→(0,1)∣σ(x)=11+e−x\sigma:\mathbb{R}\to(0,1)\bigm|\sigma(x)=\frac{1}{1+e^{-x}} Por otra parte f:(0,1)→(a,b)∣f(x)=(b−a)⋅x+af:(0,1)\to(a,b)\bigm|f(x)=(b-a)\cdot x+a


Ejercicio 1

Sean AA conjunto infinito   ⟹   ∃ B⊆A∣B∼N\implies \:\exists\:B\subseteq A\bigm|B\sim \mathbb{N}

Como AA es infinito puedo tomar a1∈Aa_{1} \in A. Defino B1={a1}⊆AB_{1}=\{ a_{1} \}\subseteq A Dado h∈N,h \in \mathbb{N}, supongo que existe Bh⊆A,#Bh=hB_{h}\subseteq A,\#B_{h}=h Sabemos que A∖BhA \setminus B_{h} es infinito. Entones puedo tomar ah+1∈A∖Bh.a_{h+1}\in A \setminus B_{h}. Sea entonces Bh+1=Bh∪{ah+1}⊆HIAB_{h+1}=B_{h}\cup \{ a_{h+1} \}\underset{ HI }{ \subseteq } A Además ah+1∉Bh  ⟹  #Bh+1=h+1a_{h+1}\not\in B_{h}\implies\#B_{h+1}=h+1 También Bh⊆Bh+1B_{h}\subseteq B_{h+1} Sea B=⋃n∈NBn.\displaystyle B=\bigcup_{n\in \mathbb{N}}B_{n}. Vemos que B⊆A.B\subseteq A.

x∈B  ⟹   ∃ n∈N∣x∈Bn⊆Ax \in B\implies \:\exists\:n\in \mathbb{N}\bigm| x \in B_{n}\subseteq A

Quiero ver que B∼N.B \sim \mathbb{N}. Sea f:N→Bf:\mathbb{N}\to B

f(n)∈{B1n=1Bn∖Bn−1n>1f(n) \in \begin{cases} B_{1} & n=1 \\ B_{n} \setminus B_{n-1} & n>1 \end{cases}

n=1:n=1:

B1={a1}B_{1}=\{ a_{1} \}

n>1:n>1:

#Bn∖Bn−1=1\#B_{n} \setminus B_{n-1}=1

pues Bn−1⊆BnB_{n-1}\subseteq B_{n} y #Bh=#Bh−1+1\#B_{h}=\#B_{h-1}+1

  ⟹  f(1)=a1\implies f(1)=a_{1} y f(n)=anf(n)=a_{n}   ⟹  f\implies f está bien definida.

f es inyectiva:f\text{ es inyectiva:}

Dados n,m∈N,n<m  ⟹  f(n)≠f(m)n,m\in \mathbb{N},n<m\implies f(n)\neq f(m)

f(m)=am∈Bm∖Bm−1f(m)=a_{m} \in B_{m} \setminus B_{m-1} f(n)=an∈Bn⊆Bm−1f(n)=a_{n} \in B_{n}\subseteq B_{m-1}   ⟹  an∈Bm−1  ⟹  an∉Bm∖Bm−1  ⟹  an≠am\begin{array}{c} \implies a_{n} \in B_{m-1}\implies a_{n} \not\in B_{m} \setminus B_{m-1} \\ \implies a_{n}\neq a_{m} \end{array} f es sobreyectiva:f\text{ es sobreyectiva:}

Sea b∈B,b \in B, quiero ver que existe n∈N∣f(n)=bn\in \mathbb{N}\bigm|f(n)=b

Como b∈B  ⟹   ∃ m∈N∣b∈Bmb \in B\implies \:\exists\:m \in \mathbb{N}\bigm|b \in B_{m} Sea m0∈Nm_{0} \in \mathbb{N} el mínimo natural tal que b∈Bm0b \in B_{m_{0}} Si m0=1  ⟹  b∈B1  ⟹  f(1)=bm_{0}=1\implies b \in B_{1}\implies f(1)=b Si m0>1  ⟹  b∈Bm0∖Bm0−1  ⟹  f(m0)=bm_{0}>1\implies b \in B_{m_{0}}\setminus B_{m_{0}-1}\implies f(m_{0})=b

∴ B∼N\therefore\: B\sim \mathbb{N} Q.E.D.□\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \boxed{\text{Q.E.D.}} \quad \square

Ejercicio 2

Calcular el cardinal del conjunto de sucesiones de enteros eventualmente constantes.

N∼{(an)n∈N⊆Z constantes}=A1\mathbb{N}\sim \{ ( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subseteq \mathbb{Z}\text{ constantes} \}=A_{1} f2:Z→A1∣f(n)=(n,n,n,n… )∈A1f_{2}:\mathbb{Z}\to A_{1}\bigm| f(n)=(n,n,n,\mathbf{n}\dots) \in A_{1} f−1:A1→Z∣f−1((an)n∈N)=a1∈Zf ^{-1}:A_{1}\to \mathbb{Z}\bigm| f ^{-1}(( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}})=a_{1} \in \mathbb{Z}

Es inyectiva:

f(n)=f(m)=(n,n,n,n… .)=(m,m,m,m… .)  ⟹  n=mf(n)=f(m)=(n,n,n,n\dots.)=(m,m,m,m\dots.)\implies n=m

Es sobreyectiva: Sea (n,n,n,n… )  ⟹  f(n)=(n,n,n,n… )(n,n,n,n\dots)\implies f(n)=(n,n,n,\mathbf{n}\dots)

fk:Ak→Nkf_{k}:A_{k}\to \mathbb{N}^{k}

k∈N,k>2k \in \mathbb{N},k>2

Ak={(an)n∈N⊆Z∣ak−1≠ak,am=ak∀m≥k}A_{k}=\{ ( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subseteq \mathbb{Z}\bigm| a_{k-1}\neq a_{k},a_{m}=a_{k}\quad\forall m\geq k \} fk((an)n∈N)=(a1,a2,…,ak)∈Zkf_{k}(( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}})=(a_{1},a_{2},\dots,a_{k})\in \mathbb{Z}^{k}

Quiero ver que AkA_{k} es contable.

Es inyectiva: Sean (an)n∈N,(bn)n∈N∈Ak∣f((an)n∈N)=f((bn)n∈N)( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}},( b_{n} )_{n \in \mathbb{N}} \in A_{k}\bigm|f(( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}})=f(( b_{n} )_{n \in \mathbb{N}})

(a1,a2,…,ak)=(b1,b2,…,bk)  ⟹  Como (an)n∈N,(bn)n∈N∈Ak  ⟹  (an)n∈N=(bn)n∈N\begin{array}{c} (a_{1},a_{2},\dots,a_{k})=(b_{1},b_{2},\dots,b_{k}) \\\implies \text{Como }( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}},( b_{n} )_{n \in \mathbb{N}} \in A_{k} \\ \implies ( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}}=( b_{n} )_{n \in \mathbb{N}} \end{array}

Por lo tanto fkf_{k} es inyectiva. Deduzco que AkA_{k} es contable.

Usamos el ejercicio 6 de la guía 2:

#Ak≤#N∀k∈N  ⟹  #⋃k∈NAk≤#N\#A_{k}\leq \#\mathbb{N}\quad\forall k\in \mathbb{N}\implies\#\bigcup_{k\in \mathbb{N}}A_{k}\leq \#\mathbb{N}

Vimos que N∼A1⊆⋃k∈NAk\mathbb{N}\sim A_{1} \subseteq \displaystyle \bigcup_{k \in \mathbb{N}}A_{k}

  ⟹  #N≤#⋃k∈NAk\implies\#\mathbb{N}\leq \#\bigcup_{k\in \mathbb{N}}A_{k}

Por el teorema CSB #⋃k∈NAk=#N\displaystyle \#\bigcup_{k\in \mathbb{N}}A_{k}=\#\mathbb{N}


Ejercicio 3

Desarrollos en base 2 de x∈[0,1)x \in [0,1)

(x)2=0,a1 a2 a3…an…(an)n∈N⊆{0,1}(x)_{2}=0,a_{1}\:a_{2}\:a_{3}\dots a_{n}\dots \quad ( a_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subseteq \{ 0,1 \}   ⟹  x=∑m=1am2m\implies x =\sum_{m=1}\frac{a_{m}}{2^{m} }

Recordar que ∑m≥112m=1\displaystyle \sum_{m\geq 1}\frac{1}{2^{m}}=1

Dado m0∈N,12m0=∑m≥112m−12m0=∑m≥m0+112mm_{0} \in \mathbb{N}, \displaystyle\frac{1}{2^{m_{0}}}=\sum_{m\geq 1}\frac{1}{2^{m}}-\frac{1}{2^{m_{0}}}=\sum_{m\geq m_{0}+1}\frac{1}{2^{m}}

En desarrollo binario

0,0100000⋯=0,0011111… .0,0100000\dots=0,0011111\dots.

Es decir hay dos interpretaciones posibles. Veamos que es la única forma de que resulten iguales.

Sean x,y∈[0,1)x,y \in[0,1) con desarrollos binarios diferentes. Sea m0∈Nm_{0} \in \mathbb{N} el mínimo ∣am0≠bm0\bigm|a_{m_{0}}\neq b_{m_{0}} Suponemos am0=1a_{m_{0}}=1 y bm0=0b_{m_{0}}=0

(x)2=0,a1 a2 …an…(y)2=0,b1 b2…bn…\begin{array}{c} (x)_{2}=0,a_{1}\:a_{2}\:\dots a_{n} \dots\\ (y)_{2}=0,b_{1}\:b_{2}\dots b_{n}\dots \end{array} (x)2=0,a1 a2…am0 am0+1…≥(1)0,a1 a2…am0−1 0 1 1 1≥0,a1 a2 …am0−1 0 bm0+1 bm0+2…(x)_{2}=0,a_{1}\:a_{2}\dots a_{m_{0}}\:a_{m_{0}+1}\dots\underset{ (1) }{ \geq } 0,a_{1}\:a_{2}\dots a_{m_{0}-1}\:0\:1\:1\:1\geq 0,a_{1}\:a_{2}\:\dots a_{m_{0}-1}\:0\:b_{m_{0}+1}\:b_{m_{0}+2}\dots =(y)2≥(2)0,a1 a2 … am0−1 0 bm0+1=(y)_{2}\underset{ (2) }{ \geq } 0,a_{1}\:a_{2}\:\dots\:a_{m_{0}-1}\:0\:b_{m_{0}+1}

(1):(1): Es >> si ak=1a_{k}=1 para algún k≥m0+1k\geq m_{0}+1 (2):(2): Es >> si bk=0b_{k}=0 para algún k≥m0+1k\geq m_{0}+1


Citas y Comentarios