Cardinalidad

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tags: Análisis Avanzado


Definiciones

Def.0Def.\:0

Definimos el cardinal de un conjunto A como la clase de equivalenciade los conjuntos coordinables con A:#A=Card(A)={B:AB}\begin{array}{c} \text{Definimos el cardinal de un conjunto $A$ como la clase de equivalencia}\\ \text{de los conjuntos coordinables con $A$:}\\ \#A=Card(A)=\{ B:A\sim B \} \end{array}

El cardinal no es un número, es un conjunto.


Def.1Def.\:1

A,B conjuntos. Decimos que tienen el mismo cardinal si f:AB biyectiva.\text{$A,B$ conjuntos. Decimos que tienen el mismo cardinal si $\exists\:f:A\to B$ biyectiva.}

Lema1Lema\:1 Supongamos que AC,BDA\sim C,B\sim D

  1. A×BC×DA\times B\sim C\times D
  2. funciones de AA a B:BADCB:B^{A}\sim D^{C}
  3. Si AB=CD=    AUBCUDA\cap B=C\cap D=\emptyset \implies AUB\sim CUD

Def.2Def.\:2 Sea AA un conjunto.

  1. AA es finito si nN0\exists n \in \mathbb{N}_{0} con AnA\sim \underline{n}, denotamos #A=n\#A=n
  2. AA es numerable si ANA\sim \mathbb{N}, denotamos #A=0\#A=\aleph_{0}
  3. AA es contable si es finito o numerable
  4. AA es infinito si no es finito

Prop.1Prop.\:1

AB,B finito.Entonces A es finito y #A<#B\begin{array}{l} \text{$A\subset B,B$ finito.}\\ \text{Entonces $A$ es finito y $\#A< \#B$} \end{array}

Prop.2Prop.\:2

AB,B numerable. Si A es infinito, es numerable.\text{$A\subseteq B, B$ numerable. Si $A$ es infinito, es numerable.}

Def.3Def.\:3

A,B conjuntos. Decimos que #A#B si f:AB inyectiva.\text{$A,B$ conjuntos. Decimos que $\#A\leq\#B$ si $\exists f:A\to B$ inyectiva.}

Def.3.1Def.\:3.1

f:ABinyectiva    g:BAsobreyectiva\exists\:f:A\to B\:inyectiva\iff \exists\:g:B\to A\:sobreyectiva

Def.3.2Def.\:3.2

#A<#Bsi#A#BA≁B\#A<\#B\quad \text{si}\quad \#A\leq \#B \land A \not\sim B

Prop.3Prop.\:3

#A#B    g:BA sobreyectiva\text{$\#A\leq\#B\iff \exists g:B\to A$ sobreyectiva}

Prop.4Prop.\:4

A infinito     0#A\text{$A$ infinito $\implies \aleph_{0}\leq\#A$}

Prop.5Prop.\:5

#A#B y #B#C    #A#C\text{$\#A\leq\#B$ y $\#B\leq\#C\implies \#A\leq\#C$}

Composición de inyectivas da inyectiva.


Teorema1Teorema\:1

#A#B#B#A    #A=#B\#A\leq\#B\land\#B\leq\#A\implies\#A=\#B

Más fácil es construir inyecciones que biyecciones, por eso es tan útil este teorema


Prop.6Prop.\:6

A num, B finito    ABnumerable\text{$A$ num, $B$ finito} \implies A\cup B\: numerable

Agregar o quitar cosas finitas a conjuntos infinitos, no hace gran diferencia.


Prop.7Prop.\:7

A,Bnumerables    A×B numerableA,B \: \text{numerables}\implies A\times B\text{ numerable}

Prop.8Prop.\:8

A numerable, B numerable    AB numerable\text{$A$ numerable, $B$ numerable} \implies A\bigcup B\text{ numerable}

Prop.9Prop.\:9

Para cada nN, sea An contable.Entones A=nNAn es contable.\begin{array}{l} \text{Para cada $n\in \mathbb{N}$, sea $A_{n}$ contable.}\\ \text{Entones $A=\bigcup_{n \in \mathbb{N}}A_{n}$ es contable.} \end{array}

Unión contable de contables es contable


Prop.10Prop.\:10

A infinito, C contable     ACA\begin{array}{l} \text{$A$ infinito, $C$ contable $\implies A\cup C\sim A$} \end{array}

Lema2Lema\:2

R(0,1)\begin{array}{l} \text{$\mathbb{R}\sim(0,1)$} \end{array}

Teorema2Teorema\:2

R no es numerable\text{$\mathbb{R}$ no es numerable}

Hipoˊtesis del continuo:\text{Hipótesis del continuo:}

Si 0#Ac=#REntonces #A=0 oˊ #A=c\begin{array}{l} \text{Si $\aleph_{0} \leq \#A\leq c=\#\mathbb{R}$} \\ \text{Entonces $\#A=\aleph_{0}$ ó $\#A=c$} \end{array}

No vale usar esta hipótesis para los ejercicios


TeoremadeCantor:Teorema \:de\: Cantor:

#X<#P(X)\#X<\#P(X)

Obs.1Obs.\:1

P(N)RLuego R no es numerable\begin{array}{c} P(\mathbb{N})\sim \mathbb{R} \\ \text{Luego $\mathbb{R}$ no es numerable} \end{array}

Prop.11Prop.\:11

P(X){0,1}XP(X)\sim \{ 0,1 \}^{X}

Corolario1Corolario\:1

#RR>c\#\mathbb{R}^{\mathbb{R}}>c

Prop.12:Ley exponencialProp.\:12\:: \text{Ley exponencial}

AB×C(AB)CA,B,C conjuntos\begin{array}{l} A^{B\times C}\sim(A^B)^{C} \quad \forall A,B,C\text{ conjuntos} \end{array}

Corolario2Corolario\:2

#RQ=c\#\mathbb{R}^{\mathbb{Q}}=c

Cuestionario

  • Si AA es un conjunto numerable y x∉Ax\not\in A, entonces AA{x}A\sim A\cup \{ x \}
  • Si AA es numerable, entonces existen A1,A2AA_{1},A_{2}\subseteq A numerables y disjuntos tales que A=A1A2A=A_{1}\cup A_{2}.
  • Subconjuntos de los naturales \sim Subconjuntos de los enteros
  • N{xZ:x1(mod3)}\mathbb{N}\sim \{ x \in \mathbb{Z}:x\equiv1(mod\:3)\}
  • Los puntos cardinales \sim Los nombres de Cantor.