并集
有限聯集
聯集是由公理化集合论的分類公理來確保其唯一存在的特定集合 :
也就是直觀上:
- 「對所有 , 等價於 或 」
举例:
集合和的并集是。数不属于素数集合和偶数集合的并集,因为既不是素数,也不是偶数。
更通常的,多个集合的并集可以这样定义: 例如,和的并集含有所有的元素,所有的元素和所有的元素,而没有其他元素。形式上:
- 是的元素,当且仅当属于或属于或属于。
无限并集
也就是直觀上「對所有 和所有 , 等價於有某個 的下屬集合 ,使得」。以上的 可以直觀的視為一個集合族,而把 看成對 內的集合取并集,但這個公理並沒有對 下屬集合的數量做出任何限制,所以這個 被俗稱為任意并集或无限并集。
若 ,會稱 被 覆蓋(cover),也就是直觀上可以用 裡的所有集合疊起來蓋住 。
例如:
對 , ,若 是空集, 也是空集。
无限并集有多种表示方法:
可模仿求和符号記為
- 。
但大多數人會假設指标集 的存在,換句話說
- 若 則
在指标集 是自然数系 的情况下,更可以仿无穷级数來表示,也就是說:
- 若 則
也可以更粗略直觀的將 写作。
无限并集的性質
定理(0) —
證明 |
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(1) (空集公理)
(2) (MP with A4, 1) (3)(M0 with 2) (6)(GEN with , 5) (9)(MP with A4, 8) (10)(MP with AND ,9) (11)(MP with T, 10) (12)(MP with 7, 11) (13)(GEN with , 12) (14) (E) (15) (GEN with , 14) (16)(MP with A4, 15) (17) (Equv with 13, 16) |
比較性質
定理(1) —
證明 |
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注意到可以從(AND)得到
換句話說,從演繹元定理有
(1) (Hyp) (2) (MP with 1, A4) (3) (AND) (4)(AND) (5)(D1 with 2, 3) (6)(u with 4, 5) (7)(GENe with , 6) (10) (MP with 8, A4) (11) (MP with 9, A4) (12) (D1 with 7, 10) (13) (D1 with 11, 12) (14) (GEN with , 13) |
覆蓋性質
定理(2) —
「 正好就是其冪集的聯集」,這個定理直觀上可理解成,因為冪集 是以 和 的子集為元素,所以 的聯集理當是 。
證明 |
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注意到可以從(AND)得到
換句話說,從演繹元定理有
(2) (幂集公理) (3) (MP with A4 ,2) (4) (Equv with 1, 3) (5) (AND) (6) (A4) (7) (D1 with 5, 6) (8) (AND) (9) (u with 7, 8) 注意到 再對上式套用(AND)就有
(10') (D1 with a, 9) (11') (GENe with , 10') (12') (A4) (13') (MP with T, 12') (14') (I) (15') (GEN with , 14')
(16'') (b with 15') (17'') (D1 with 13', 16'') (18'') (AND with 11', 17'') (19'') (Equv with 4, 18''') |
定理(3) —
直觀上,這個定理說「一群集合的聯集包含於 ,則它們個個都包含於 」
證明 |
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(1) (Hyp)
(3) (MP with 1, A4) (4) (D1 with 2, 3) (5) (MP with abb, 4) (6) (GEN with , 5) (7) (MP with A5 , 6) (8) (GEN with , 7) |
定理(4) —
直觀上,這個定理說「集族 的聯集為 ,則對 的每點 ,都可從 裡找到一個 的鄰域 ,且這個鄰域不會比 大 」
證明 |
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注意到可以從(AND)得到
換句話說,從演繹元定理有
(1) (Hyp) (2) (MP with 1, 定理3) (3) (MP with A4, 2) (4) (AND) (5) (AND) (6) (AND) (7) (D1 with 3, 4) (8) (a with 5, 6) (9) (a with 7, 8) (10) (GENe with , 9) (11) (MP with A4, 1) (12) (AND with 11) (13) (D1 with 10, 12) (14) (GEN with , 13) (15)(幂集公理) (16)(MP with A4, 15) (17)(Equv with 14, 16) (18) (有限交集) (19)(MP with A4, 18) (20)(MP with A4, 19) (21)(MP with A4, 20) (22)(Equv with 17, 21) (24)(Equv with 22, 23) |
運算性質
定理(5) —
若
則
證明 |
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(1) (的定義)
(3) (有限交集) (4)(MP with A4, 2) (5) (MP with A4, 1) (6) (Equv with 4, 5) (9) (E2) (10)(AND) (11)(D1 with 9,10) (12) (MP with A2, 11) (13)(I) (14)(MP with 12, 13) (15)(AND) (16)(D1 with 14,15) (17)(GENe with then ) (18) (E1) (a) (19)(a with 18) (20)(A4) (21)(MP with T, 20) (22)(D1 with 19, 21) (23)(GENe with ) (24)(AND with 17, 23) (25)(Equv with 8, 24) (26) (MP with A4, 3) (27)(Equv with 25, 26) (30) (MP with A4, 2) (31)(Equv with 28, 30) (32)(MP with A4, 3) (33)(Equv with 31, 32) (34)(GEN with , 33) |
直觀上這個定理說,交集在「无限并集满足分配律」,一般會不正式的寫為
這個定理一般會被不正式的寫為
- 。
参考文献
- 程极泰. . 应用数学丛书 第一版. 国防工业出版社. 1985: 14. 15034.2766.