I.6

Действия над кардинальными числами

[35/83%]
Показать
LaTeX
Задача I.6.1

Доказать, что для произвольных мощностей mm и nn выполняется одно и только одно из условий m=nm = n, m<nm < n или n<mn < m (трихотомия).

?
Задача I.6.2

Доказать, что кардинальные числа линейно упорядочены отношением ≤\leq.

?
Задача I.6.3

Доказать, что среди кардинальных чисел нет наибольшего.

?
Задача I.6.4

Доказать, что:

?
(а)

3+5=83 + 5 = 8;

(б)

n+ℵ0=ℵ0n + \aleph_{0} = \aleph_{0}, где nn конечное;

(в)

ℵ0+ℵ0=ℵ0\aleph_{0} + \aleph_{0} = \aleph_{0};

(г)

ℵ0+c=c\aleph_{0} + c = c;

(д)

c+c=cc + c = c.

Задача I.6.5

Доказать, что:

?
(а)

для любых множеств A1,A2A_{1}, A_{2} существуют множества B1,B2B_{1}, B_{2} такие, что A1∼B1A_{1} \sim B_{1}, A2∼B2A_{2} \sim B_{2} и B1∩B2=∅B_{1} \cap B_{2} = \emptyset;

(б)

сумма двух кардинальных чисел всегда существует.

Задача I.6.6

Доказать для произвольных кардинальных чисел:

?
(а)

n1+n2=n2+n1n_{1} + n_{2} = n_{2} + n_{1};

(б)

n1+(n2+n3)=(n1+n2)+n3n_{1} + (n_{2} + n_{3}) = (n_{1} + n_{2}) + n_{3};

(в)

n+0=nn + 0 = n.

Задача I.6.7

Пусть AA, BB, CC, A1,…,AnA_{1}, \ldots , A_{n} --- конечные множества. Доказать, что:

?
(а)

∣A∪B∣=∣A∣+∣B∣−∣A∩B∣\left|A \cup B\right| = \left|A\right| + \left|B\right| - \left|A \cap B\right|;

(б)

∣A∪B∪C∣=∣A∣+∣B∣+∣C∣−∣A∩B∣−∣A∩C∣−∣B∩C∣+∣A∩B∩C∣\left|A \cup B \cup C\right| = \left|A\right| + \left|B\right| + \left|C\right| - \left|A \cap B\right| - \left|A \cap C\right| - \left|B \cap C\right| + \left|A \cap B \cap C\right|;

(в)

∣⋃i=1nAi∣=∑i=1n∣Ai∣+…+(−1)k−1∑i1,…,ik=1i1<…<ikn∣Ai1∩…∩Aik∣+…;\left|\bigcup_{i=1}^{n} A_{i}\right| = \sum_{i=1}^{n} \left|A_{i}\right| + \ldots + (-1)^{k-1} \sum_{\substack {i_{1}, \ldots , i_{k} = 1 \\ i_{1} < \ldots < i_{k}}}^{n} \left|A_{i_{1}} \cap \ldots \cap A_{i_{k}}\right| + \ldots ;

(г)

∣A1∖A2∖…∖An∣=∑i=1n∣Ai∣+…+(−2)k−1∑i1,…,ik=1i1<…<ikn∣Ai1∩…∩Aik∣+…\left|A_{1} \setminus A_{2} \setminus \ldots \setminus A_{n}\right| = \sum_{i=1}^{n} \left|A_{i}\right| + \ldots + (-2)^{k-1} \sum_{\substack {i_{1}, \ldots , i_{k} = 1 \\ i_{1} < \ldots < i_{k}}}^{n} \left|A_{i_{1}} \cap \ldots \cap A_{i_{k}}\right| + \ldots

Задача I.6.8
?
(а)

Доказать, что n<m⇒n+1≤mn < m \Rightarrow n + 1 \leq m.

(б)

Привести пример таких кардинальных чисел nn и mm, что n+1≤mn + 1 \leq m, но m≤nm \leq n.

Задача I.6.9

Доказать, что n≤mn \leq m тогда и только тогда, когда существует n1n_{1} такое, что n+n1=mn + n_{1} = m. Показать, что такое n1n_{1} определяется не однозначно.

?
Задача I.6.10

Доказать, что:

?
(а)

3⋅5=153 \cdot 5 = 15;

(б)

ℵ0⋅ℵ0=ℵ0\aleph_{0} \cdot \aleph_{0} = \aleph_{0};

(в)

ℵ0⋅c=c\aleph_{0} \cdot c = c;

(г)

c⋅c=cc \cdot c = c.

Задача I.6.11

Доказать, что:

?
(а)

если A∼BA \sim B и C∼DC \sim D, то A×C∼B×DA \times C \sim B \times D;

(б)

произведение двух кардинальных чисел всегда существует.

Задача I.6.12

Доказать для произвольных кардинальных чисел:

?
(а)

n1⋅n2=n2⋅n1n_{1} \cdot n_{2} = n_{2} \cdot n_{1};

(б)

n1⋅(n2⋅n3)=(n1⋅n2)⋅n3n_{1} \cdot (n_{2} \cdot n_{3}) = (n_{1} \cdot n_{2}) \cdot n_{3};

(в)

n1⋅(n2+n3)=(n1⋅n2)+(n1⋅n3)n_{1} \cdot (n_{2} + n_{3}) = (n_{1} \cdot n_{2}) + (n_{1} \cdot n_{3});

(г)

n⋅1=nn \cdot 1 = n;

(д)

n⋅0=0n \cdot 0 = 0;

(е)

n⋅m=nn \cdot m = n, если mm --- конечное, а nn --- бесконечное кардинальное число;

(ж)

n⋅ℵ0=nn \cdot \aleph_{0} = n, если nn --- бесконечное кардинальное число.

Задача I.6.13

Доказать, что n2=nn^{2} = n, если nn --- бесконечное кардинальное число.

?
Задача I.6.14

Доказать, что если nn и mm --- кардинальные числа и одно из них бесконечно, то n⋅m=n+m=max⁡(n,m)n \cdot m = n + m = \max (n, m), если n≠0n \neq 0 и m≠0m \neq 0.

?
Задача I.6.15

Доказать, что:

?
(а)

2ℵ0=c2^{\aleph_{0}} = c;

(б)

ℵ0ℵ0=c\aleph_{0}^{\aleph_{0}} = c;

(в)

cℵ0=cc^{\aleph_{0}} = c.

Задача I.6.16

Доказать, что для двух кардинальных чисел nn и mm всегда существует nmn^{m}.

?
Задача I.6.17

Доказать для произвольных кардинальных чисел mm, nn и pp:

?
(а)

mn+p=mn⋅mpm^{n+p} = m^{n} \cdot m^{p};

(б)

(m⋅n)p=mp⋅np(m \cdot n)^{p} = m^{p} \cdot n^{p};

(в)

(mn)p=mn⋅p(m^{n})^{p} = m^{n \cdot p};

(г)

m1=mm^{1} = m;

(д)

1m=11^{m} = 1.

Задача I.6.18

Доказать, что ∣P(A)∣=2∣A∣\left|P(A)\right| = 2^{\left|A\right|}.

?
Задача I.6.19

Доказать для произвольных кардинальных чисел:

?
(а)

если m≤nm \leq n и n≤pn \leq p, то m≤pm \leq p;

(б)

если m≤nm \leq n, то m+p≤n+pm + p \leq n + p;

(в)

если m≤nm \leq n, то m⋅p≤n⋅pm \cdot p \leq n \cdot p;

(г)

если m≤nm \leq n, то mp≤npm^{p} \leq n^{p};

(д)

если m≤nm \leq n, то pm≤pnp^{m} \leq p^{n};

(е)

если m,n>1m, n > 1, то m+n≤m⋅nm + n \leq m \cdot n;

(ж)

m+n=nm + n = n тогда и только тогда, когда ℵ0⋅m≤n\aleph_{0} \cdot m \leq n;

(з)

если n+m=nn + m = n и n1≥nn_{1} \geq n, то n1+m=n1n_{1} + m = n_{1};

(и)

n+m=nn + m = n тогда и только тогда, когда n+k⋅m=nn + k \cdot m = n (k∈N,k>0)(k \in \mathbb {N}, k > 0);

(к)

n+m=nn + m = n тогда и только тогда, когда n+ℵ0⋅m=nn + \aleph_{0} \cdot m = n;

(л)

m<2mm < 2^{m}.

Задача I.6.20

Доказать для произвольных кардинальных чисел:

?
(а)

если 2m≥ℵ02^{m} \geq \aleph_{0}, то 2m≥2ℵ02^{m} \geq 2^{\aleph_{0}};

(б)

если mn=ℵ0m^{n} = \aleph_{0}, то m=ℵ0m = \aleph_{0}, а nn --- конечное.

Задача I.6.21

Доказать для произвольных кардинальных чисел:

?
(а)

если n≥ℵ0n \geq \aleph_{0}, то 2n=nn2^{n} = n^{n};

(б)

если 1<m≤n1 < m \leq n, ℵ0≤n\aleph_{0} \leq n, то mn=nnm^{n} = n^{n}.

Задача I.6.22

Доказать для произвольных кардинальных чисел:

?
(а)

если ∣I∣=m\left|I\right| = m, ni=nn_{i} = n для всех i∈Ii \in I, то m⋅n=∑i∈Inim \cdot n = \sum_{i \in I} n_{i};

(б)

если m+p=n+pm + p = n + p и pp конечно, то m=nm = n;

(в)

если 2⋅n1=2⋅n22 \cdot n_{1} = 2 \cdot n_{2}, то n1=n2n_{1} = n_{2}.

Задача I.6.23

Доказать, что

∣⋃i∈IAi∣≤∑i∈I∣Ai∣. \left|\bigcup _{i \in I} A_{i}\right| \leq \sum _{i \in I} \left|A_{i}\right|.
?
Задача I.6.24
?
(а)

Пусть {mi}\left\{ m_{i}\right\} (i∈I)(i \in I) --- семейство кардинальных чисел, причем mi=0m_{i} = 0 для i∈J⊆Ii \in J \subseteq I. Доказать, что

∑i∈Imi=∑i∈I∖Jmi. \sum _{i \in I} m_{i} = \sum _{i \in I \setminus J} m_{i}.
(б)

Пусть {mi}\left\{ m_{i}\right\} (i∈I)(i \in I) --- семейство кардинальных чисел, причем mi=1m_{i} = 1 для i∈J⊆Ii \in J \subseteq I. Доказать, что

∏i∈Imi=∏i∈I∖Jmi. \prod _{i \in I} m_{i} = \prod _{i \in I \setminus J} m_{i}.
(в)

Доказать, что ∏i∈Imi=0\prod_{i \in I} m_{i} = 0 тогда и только тогда, когда существует i0∈Ii_{0} \in I такое, что mi0=0m_{i_{0}} = 0.

Задача I.6.25

Доказать, что если φ\varphi --- подстановка на множестве II, то:

?
(а)

∑i∈Imi=∑i∈Imφ(i)\sum_{i \in I} m_{i} = \sum_{i \in I} m_{\varphi (i)};

(б)

∏i∈Imi=∏i∈Imφ(i)\prod_{i \in I} m_{i} = \prod_{i \in I} m_{\varphi (i)}.

Задача I.6.26

Пусть {Aλ}λ∈L\left\{ A_{\lambda }\right\}_{\lambda \in L} есть разбиение множества JJ на непустые попарно непересекающиеся множества. Доказать, что:

?
(а)

∑i∈Imi=∑λ∈L(∑i∈Aλmi)\sum_{i \in I} m_{i} = \sum_{\lambda \in L} \left(\sum_{i \in A_{\lambda }} m_{i}\right);

(б)

∏i∈Imi=∏λ∈L(∏i∈Aλmi)\prod_{i \in I} m_{i} = \prod_{\lambda \in L} \left(\prod_{i \in A_{\lambda }} m_{i}\right).

Задача I.6.27

Доказать, что:

?
(а)

n⋅∑i∈Imi=∑i∈I(n⋅mi)n \cdot \sum_{i \in I} m_{i} = \sum_{i \in I} (n \cdot m_{i});

(б)

∏i∈I(∑j∈Jimij)=∑f∈K∏i∈Imif(i)\prod_{i \in I} \left(\sum_{j \in J_{i}} m_{ij}\right) = \sum_{f \in K} \prod_{i \in I} m_{i f(i)}, где K=∏i∈IJiK = \prod_{i \in I} J_{i}.

Задача I.6.28

Доказать, что если mi≤nim_{i} \leq n_{i} для всех i∈Ii \in I, то:

?
(а)

∑i∈Imi≤∑i∈Ini\sum_{i \in I} m_{i} \leq \sum_{i \in I} n_{i};

(б)

∏i∈Imi≤∏i∈Ini\prod_{i \in I} m_{i} \leq \prod_{i \in I} n_{i}.

Задача I.6.29

Пусть J⊆IJ \subseteq I. Доказать, что:

?
(а)

∑i∈Jmi≤∑i∈Imi\sum_{i \in J} m_{i} \leq \sum_{i \in I} m_{i};

(б)

∏i∈Jmi≤∏i∈Imi\prod_{i \in J} m_{i} \leq \prod_{i \in I} m_{i}, где mi≠0m_{i} \neq 0 для i∈I∖Ji \in I \setminus J.

Задача I.6.30

Пусть {mi}i∈I\left\{ m_{i}\right\}_{i \in I} и {ni}i∈I\left\{ n_{i}\right\}_{i \in I} --- два семейства кардинальных чисел и ni≥2n_{i} \geq 2 для всех i∈Ii \in I. Доказать, что:

?
(а)

если mi≤nim_{i} \leq n_{i} для всех i∈Ii \in I, то ∑i∈Imi≤∏i∈Ini\sum_{i \in I} m_{i} \leq \prod_{i \in I} n_{i};

(б)

если mi<nim_{i} < n_{i} для всех i∈Ii \in I, то ∑i∈Imi<∏i∈Ini\sum_{i \in I} m_{i} < \prod_{i \in I} n_{i}.

Задача I.6.31

Пусть 0<m0<m1<…0 < m_{0} < m_{1} < \ldots Доказать, что ∑n∈Nmn<∏n∈Nmn\sum_{n \in \mathbb {N}} m_{n} < \prod_{n \in \mathbb {N}} m_{n}.

?
Задача I.6.32

Пусть n≥ℵ0n \geq \aleph_{0}, {ni}i∈I\left\{ n_{i}\right\}_{i \in I} --- семейство кардинальных чисел, не превосходящих nn, ∣I∣≤n\left|I\right| \leq n. Доказать, что ∑i∈Ini≤n\sum_{i \in I} n_{i} \leq n.

?
Задача I.6.33

Пусть α\alpha и β\beta --- кардинальные числа, ∣I∣=β\left|I\right| = \beta и αi=α\alpha_{i} = \alpha для каждого i∈Ii \in I. Доказать, что αβ=∏i∈Iαi\alpha^{\beta } = \prod_{i \in I} \alpha_{i}.

?
Задача I.6.34

Доказать, что:

?
(а)

m(∑i∈Ini)=∏i∈Imnim^{\left(\sum_{i \in I} n_{i}\right)} = \prod_{i \in I} m^{n_{i}};

(б)

(∏i∈Imi)n=∏i∈Imin\left(\prod_{i \in I} m_{i}\right)^{n} = \prod_{i \in I} m_{i}^{n}.

Задача I.6.35

Доказать, что для любого кардинального числа mm нельзя представить mℵ0m^{\aleph_{0}} в виде ∑i∈Nmi\sum_{i \in \mathbb {N}} m_{i}, где mi<mi+1m_{i} < m_{i+1}.

?