几个关于集合的有趣证明

在离散数学的第一堂课就被介绍了Set和Proper Class的区别。 与高中内容不同,现代数学中并不是任取一些元素都能组成一个Set,某些东西归在一起只能形成Proper Class(因为这个东西不满足集合的一些性质)

根据ZFC公理系统,我们可以知道关于集合的若干条公理,也就是说满足这些的才是集合,而推断某个东西不是集合常用反证的方法,下面来看几个栗子

  1. Prove that the set of all sets is a proper class. 这个比较简单。假设这东西是一个集合,记为 (S),那么根据Cantor's Theorem我们有 (|S|<|2^S|)。 而根据幂集公理(Axiom of power set)可知,(2^S) 也是一个集合,于是有 (2^Ssubset S),也就是 (|2^S|le |S|),矛盾

  2. Prove that the set of all cardinals is a proper class. 这周的作业,想了很久。。 首先要知道任意多个集合的并、一个集合的幂集都是集合,并且任意集合都唯一对应着一个cardinal,知道这些就比较好做了。 和上面的方法类似,假设这是一个集合 (S),那么根据并集公理(Axiom of union)我们有 (T=cup S) 也是一个集合,于是 (|T|in S)。 因为 (forall xin S) 都有 (xsubset T),于是得到 (forall xin S |x|le |T|) 然而 (|T|<|2^T|in S),这就推出了一个矛盾。 关于the set of all ordinals是一个 proper class的证明和这个类似

  3. Prove that for cardinals (A) and (B)(A+B=max(A,B)) where at least one of them is infinite 网上有很多证明,然而我都看不太懂,希望有别的做法的朋友可以交流交流;-P 不妨设$Age B$,那么显然有$Ale A+Ble A+A$,我们只需要证明$A=A+A$即可,注意这里的A是cardinal 由于A是一个cardinal,那么它同时也是一个ordinal。对于任意ordinal (x)(exist alpha,eta s.t. x=alpha+eta),其中$alpha$是一个limit ordinal,(etainmathbb N) 考虑这样一个映射$f(alpha+eta)=left{eginleft(0,alpha+eta ight)&,&eta &=2k\left(1,alpha+eta ight)&,&eta&=2k+1end ight. left(kinmathbb Z ight)$

    显然$forall xin A$,(x) is an ordinal. 那么$A=A+A$等价于证明$|A|=|left(left{0 ight} imes A ight)cupleft(left{1 ight} imes A ight)|$

    不难发现$f:Amapstoleft(left{0 ight} imes A ight)cupleft(left{1 ight} imes A ight)$是一个双射,于是就证明完了。

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