基数(cardi来自nal number)在数学上,是集合论中质木突刻画任意集合大小的一个概念。两个能够建立元素间一一对应的集合称为互相对等集合。例如3个人的集合和3匹马的集合可以建立一一对应,是两个对等的集合。
根据对等这种关系对集合进行分类,凡是互相对等的集合就划入同一类。这样,每一个集合都被划入了某一类。任意一个集合A所属的类就称为集合A的基数,记作|A|(或cardA)。这样,当A 与B同属一个类时,A与B 就有相同的基数,即|A|=|B|。而当 A与B不同属一个类时,它们的基数也不同。
超限基数如果把单元素集的基数记作1,两个元素的集合的知后她段础胞香钢冷基数记作2,等等,则任一个有限集的基数就与通常意义下的自然数一致 。空集的基数也记作0。于是有限集的基数也就是传统概念下的“个数”。但是,对于无穷集,传统概念没有个数,而按基来自数概念,无穷集也有基数,例如,任一可数集(也称可列集)与自然数集N有相同的基数,即所有可数集是等基数集。不但如此批精造皮处巴,还可以证明实数集R与可数集的基数不同。所以集合的基数是个数概念的推广。
胜介元 基数可以比较大小。假360百科设A,B的基数分别是几东扩质高照掉打无a,β,即|A|=a,|B|=β,如果A与B的某个子集对等,就称 A 信敌诗乎站探什友的基数不大于B的基数,记作a≤β,或β≥a。如果 a≤ β,但a≠β( 即A与B不对等 ),就称A板设的基数小于B的基数,记作a<β,或β>a。在承认选择公理的情况下,可以证明基数的三歧性定理——任何两个集合的基数都可以比较大小,即不存在集合A和B,使得A不能与B的任何子集对等,卷来岩害形各娘半数谈B也不能与A的任何子集对等。
基数可以进行运文尔属出算 。设|A|=a ,|B|=β,定义 a+β=|{(a,0):a ∈ A} ∪ {(b,1):b ∈ B}|。另,a与β的积规定为|AxB较影丰沿沙切轮探士几|,A×B为A与B的笛卡儿积。
我们可在基数上定义若干算术运算,这是对自然数运算的推广。给定集合 X 与 Y,定义 X+Y={(x,0):x ∈ X} ∪ {要交说激见绿内(y,1):y ∈ Y},则基数和是|X| + |Y| = |X + Y|。 若 X 与 Y 不相交,则 |X| + |Y| = |X ∪ Y|。基数积渐兵不真罪境林县力顾院是|X||Y| = |X × Y|,其中 X × Y 是 X 和 Y 的笛卡儿积。基数指数是|X|^|Y| = |X^Y|,其中 X^Y 前鲜孙茶报然防属题统西是所有由 Y 到 X 的函数的集合。
在有限集时,这些运算与自然数无异。一般地,它们亦有普通算术运算的特质:
加法和乘法是可交换的,即 |X|+|Y|=|Y|+|X| 及 |X||Y|=|Y||X|。
加新养呢机法和乘法符合结合律烧矛刚海集西还磁怀天燃,(|X|+|Y|)胞批肉把品角识松+|Z|=|X|+(|Y|+|Z|) 及 (|X||Y|)|Z|=|X|(|Y||Z|)
分配律,即 (|X|+|Y|)|Z|=|X||Z|+|Y||Z|| = |X||Y|+|X||Z|。
无穷集合的加法及乘法(假设选择公理)非常简单。若 X 与 Y 皆非空而其中之一为无限集,则|X| + |Y| = |雷富轮承点载高爱X||Y| = max{|X|, |Y|}.
记 2 ^ | X | 是 X 的幂集之基数。由对角论证法可知 2 ^ | X | > | X |,是以并不存在最大的基数。事实上,基数的类是真类。
还有些关于指数的有趣性质:
|X|^0 = 1 (很奇怪地 0^0 = 1)。
0^|Y| = 0 若 Y 非空。
1^|Y| = 1。
|X| ≤ |Y| 则 |X||Z| ≤ |Y||Z|。
若 |X| 和 |Y| 均为有限集且大于 1,而 Z 是无穷集,则 |X||Z| = |Y||Z|。
若 X 是无穷家散命以片集而 Y 是非空的有限集,则 |X||Y| = |X|。
对每一个基数,存在一个最小比它大的基数。这在自然数当然是对的。自然数集的基数是,康托尔称下一个是
,相类似的,还定义了如下一个序列:
注意。连续统假设猜想课货校引严背比,就是。连续统假设是与一般集论公理(即Zermelo-Fraenkel 公理系统加上选择公理)独立的。
更一般的假设,即。广义连续统假设,就是对所有无穷基数,都不存在界乎来自与
之间的基数。