I.4

Кардинальные числа

[43/93%]
Показать
LaTeX
Задача I.4.1

Доказать, что:

?
(а)

A∼AA \sim A (рефлексивность);

(б)

если A∼BA \sim B, то B∼AB \sim A (симметричность);

(в)

если A∼BA \sim B и B∼CB \sim C, то A∼CA \sim C (транзитивность).

Задача I.4.2

Доказать, что:

?
(а)

A∼B⇔∣A∣=∣B∣A \sim B \Leftrightarrow \left|A\right| = \left|B\right|;

(б)

∣A1∣=∣A2∣\left|A_{1}\right| = \left|A_{2}\right|, ∣B1∣=∣B2∣\left|B_{1}\right| = \left|B_{2}\right| и ∣A1∣≤∣B1∣⇒∣A2∣≤∣B2∣\left|A_{1}\right| \leq \left|B_{1}\right| \Rightarrow \left|A_{2}\right| \leq \left|B_{2}\right|;

(в)

если существует функция из AA на BB, то ∣B∣≤∣A∣\left|B\right| \leq \left|A\right|.

Задача I.4.3

Пусть A2⊆A1⊆AA_{2} \subseteq A_{1} \subseteq A и A∼A2A \sim A_{2}. Доказать, что A∼A1A \sim A_{1}.

?
Задача I.4.4

Доказать, что если ∣A∣≤∣B∣\left|A\right| \leq \left|B\right| и ∣B∣≤∣A∣\left|B\right| \leq \left|A\right|, то ∣A∣=∣B∣\left|A\right| = \left|B\right| (теорема Кантора–Бернштейна).

?
Задача I.4.5

Доказать, что:

?
(а)

всякое подмножество конечного множества конечно;

(б)

объединение конечного числа конечных множеств конечно;

(в)

прямое произведение конечного числа конечных множеств конечно.

Задача I.4.6
?
(а)

Доказать, что конечное множество не эквивалентно никакому своему собственному подмножеству и никакому собственному надмножеству.

(б)

Доказать, что два конечных множества эквивалентны тогда и только тогда, когда они содержат одинаковое число элементов.

(в)

Доказать, что кардинальных чисел бесконечно много.

Задача I.4.7

Доказать, что из всякого бесконечного множества можно выделить счетное подмножество.

?
Задача I.4.8

Доказать, что множество тогда и только тогда бесконечно, когда оно эквивалентно некоторому собственному подмножеству.

?
Задача I.4.9

Показать, что всякое подмножество счетного множества счетно или конечно.

?
Задача I.4.10
?
(а)

Пусть область определения функции счетна. Доказать, что область значений этой функции конечна или счетна.

(б)

Доказать, что непустое множество AA является счетным или конечным тогда и только тогда, когда оно есть множество значений некоторой функции из N\mathbb {N} в AA.

Задача I.4.11

Доказать, что если из счетного множества удалить конечное подмножество, то оставшееся множество будет счетным.

?
Задача I.4.12

Доказать, что:

?
(а)

если AA и BB счетны, то A∪BA \cup B счетно;

(б)

если все AiA_{i} конечны, непусты и попарно не пересекаются, то ⋃i∈NAi\bigcup_{i \in \mathbb {N}} A_{i} счетно;

(в)

если все AiA_{i} счетны, то ⋃i∈NAi\bigcup_{i \in \mathbb {N}} A_{i} счетно.

Задача I.4.13

Доказать, что:

?
(а)

если AA бесконечно и BB --- конечное или счетное множество, то A∪B∼AA \cup B \sim A;

(б)

если AA бесконечно и несчетно, BB конечно или счетно, то A∖B∼AA \setminus B \sim A.

Задача I.4.14

Доказать, что если A1,…,AnA_{1}, \ldots , A_{n} (1≤n)(1 \leq n) счетны, то счетно множество A1×…×AnA_{1} \times \ldots \times A_{n}.

?
Задача I.4.15

Доказать, что:

?
(а)

множество целых чисел счетно;

(б)

множество рациональных чисел счетно;

(в)

множество рациональных чисел сегмента [a,b][a, b] счетно при a<ba < b;

(г)

множество пар (x,y)(x, y), где xx и yy --- рациональные числа, счетно.

Задача I.4.16

Доказать, что множество всех конечных последовательностей, составленных из элементов некоторого счетного множества, есть счетное множество.

?
Задача I.4.17

Доказать, что множество всех конечных подмножеств счетного множества счетно.

?
Задача I.4.18

Доказать, что множество многочленов от одной переменной с целыми коэффициентами счетно.

?
Задача I.4.19

Доказать счетность множества алгебраических чисел, т.е. чисел, являющихся корнями многочленов от одной переменной с целыми коэффициентами.

?
Задача I.4.20

Доказать, что любое множество попарно непересекающихся открытых интервалов на действительной прямой не более чем счетно.

?
Задача I.4.21

Доказать, что мощность любого множества попарно непересекающихся букв Т на плоскости не более чем счетна.

?
Задача I.4.22

Доказать, что если A⊆RA \subseteq \mathbb {R} и существует δ>0\delta > 0 такое, что для всех различных элементов x,yx, y из AA справедливо ∣x−y∣≥δ\left|x - y\right| \geq \delta, то AA конечно или счетно.

?
Задача I.4.23

Доказать, что множество точек разрыва монотонной функции на действительной оси не более чем счетно.

?
Задача I.4.24

Доказать, что:

?
(а)

(0,1)∼[0,1]∼(0,1]∼[0,1)(0, 1) \sim [0, 1] \sim (0, 1] \sim [0, 1);

(б)

[a,b]∼[c,d][a, b] \sim [c, d], где a<ba < b, c<dc < d;

(в)

[a,b]∼R[a, b] \sim \mathbb {R}.

Задача I.4.25

Доказать, что множества точек квадрата и отрезка эквивалентны.

?
Задача I.4.26

Доказать, что множества точек двух окружностей эквивалентны.

?
Задача I.4.27

Доказать, что Rn∼Rm\mathbb {R}^{n} \sim \mathbb {R}^{m} (1≤n,m)(1 \leq n, m).

?
Задача I.4.28

Установить взаимно однозначное соответствие между точками квадрата и плоскости.

?
Задача I.4.29

Доказать, что множество точек сегмента [0,1][0, 1] несчетно.

?
Задача I.4.30

Какова мощность множества иррациональных чисел?

?
Задача I.4.31

Доказать существование трансцендентных (неалгебраических) чисел.

?
Задача I.4.32

Доказать, что объединение конечного или счетного числа множеств мощности cc имеет мощность cc.

?
Задача I.4.33

Доказать, что множество всех счетных последовательностей натуральных чисел имеет мощность cc.

?
Задача I.4.34

Доказать, что:

?
(а)

множество всех счетных последовательностей, составленных из 00 и 11, имеет мощность cc;

(б)

∣P(N)∣=c\left|P(\mathbb {N})\right| = c.

Задача I.4.35

Доказать, что:

?
(а)

если ∣Ai∣=c\left|A_{i}\right| = c для всех 1≤i≤n1 \leq i \leq n, то ∣A1×…×An∣=c\left|A_{1} \times \ldots \times A_{n}\right| = c;

(б)

если ∣Ai∣=c\left|A_{i}\right| = c для всех i∈Ii \in I и ∣I∣=ℵ0\left|I\right| = \aleph_{0}, то ∣∏i∈IAi∣=c\left|\prod_{i \in I} A_{i}\right| = c.

Задача I.4.36

Какова мощность множества:

?
(а)

всех счетных последовательностей действительных чисел;

(б)

всех непрерывных функций на действительной прямой;

(в)

всех монотонных функций на действительной прямой?

Задача I.4.37

Пусть AA --- счетное множество точек на действительной прямой. Можно ли выбрать aa так, чтобы

{x+a∣x∈A}∩A=∅? \left\{ x + a \mid x \in A\right\} \cap A = \emptyset \text{?}
?
Задача I.4.38

Доказать, что множество действительных функций, заданных на сегменте [0,1][0, 1], имеет мощность, большую cc.

?
Задача I.4.39

Доказать, что мощность множества всех функций, определенных на сегменте [a,b][a, b] при a<ba < b и разрывных хотя бы в одной точке, больше cc.

?
Задача I.4.40

Доказать, что множество всех подмножеств P(A)P(A) множества AA имеет мощность, большую ∣A∣\left|A\right|.

?
Задача I.4.41

Пусть AA --- семейство множеств такое, что для каждого множества AA из A\mathcal{A} существует множество BB из A\mathcal{A}, не эквивалентное никакому подмножеству множества AA. Доказать, что объединение всех множеств из A\mathcal{A} не эквивалентно никакому подмножеству множества из A\mathcal{A}.

?
Задача I.4.42

Доказать, что не существует множества, содержащего все множества.

?
Задача I.4.43

Будем говорить, что последовательность натуральных чисел b1,b2,…b_{1}, b_{2}, \ldots растет быстрее, чем последовательность a1,a2,…a_{1}, a_{2}, \ldots, если lim⁡n→∞anbn=0\lim_{n \to \infty } \frac{a_{n}}{b_{n}} = 0. Доказать, что:

?
(а)

для каждой последовательности натуральных чисел существует последовательность, растущая быстрее ее;

(б)

если множество последовательностей AA обладает свойством, что для каждой последовательности a1,a2,…a_{1}, a_{2}, \ldots существует последовательность из AA, растущая быстрее, чем a1,a2,…a_{1}, a_{2}, \ldots, то множество AA несчетно.