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等価関係

現代数学における最も重要な関係の 1 つは等価関係です。ちなみに、これらは数学の研究の大部分に登場します。 等価関係 前回の投稿では、次のようないくつかのプロパティを示しました。 反射性; 対称的。 推移的; 反対称。 それらの中には同値関係であることが必要なものもあります。 定義 (同値関係): 集合 $A$ 上の関係 $\mathcal{R}$ は、$\mathcal{R}$ が再帰的、対称的、推移的である場合、$A$ 上の同値関係であると言われます。 例 これを説明するために、次の例を見てみましょう。 例 1: $\Delta = \\{(x,x); x\in A\\}$ として定義された対角関係は、$A.$ に対する同値関係です。これは、$A$ に対する「最小の」同値関係です。 例 2: $A$ に対する関係 $A\times A$ は、$A.$ に対する「最大の」同値関係です。 例 3: $A=\mathbb{Z}$ とします。関係: $$\mathcal{R} = \\{(x,y)\in \mathbb{N}\times \mathbb{N}; ~x-y \text{ é múltiplo de } 3\\}$$ は整数の集合に対する同値関係です。 同値クラスモジュール R 定義 $\mathcal{R}$ を空でない集合 $A.$ に対する同値関係とする。 各 $a \in A,$ に対して、次のように定義される $A$ の部分集合 $$\overline{a} = \\{x \in A;\quad x \mathcal{R} a\\},$$ は要素 a モジュール $\mathcal{R}$ によって決まる同値クラスと言われます。

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関係プロパティ

現代数学における最も重要な関係の 1 つは等価関係です。このためには、重要なプロパティを表示する必要があります。 関係プロパティ このセクションは、セット $A$ に対するリレーション $\mathcal{R}$ のプロパティから始まります。出発点として、定義は次のとおりです。 定義 $\mathcal{R}$ を集合 $A.$ 上の関係とする そして次のように言います。 $\mathcal{R}$ は、次の条件の場合に再帰的です。 $(\forall x \in A)(x\mathcal{R} x)$ は true すべて $x \in A, (x, x) \in R.$ の場合 $\mathcal{R}$ は次の条件の場合に対称です。 $(\forall x,y \in A)(x\mathcal{R} y \longrightarrow y\mathcal{R} x)$は真です。 すべて $x, y \in A,$ の場合 $(x, y) \in \mathcal{R} ,$ の場合 $(y, x) \in \mathcal{R} .$ $\mathcal{R}$ は次の条件の場合推移的です。 $(\forall x, y, z \in A)(x\mathcal{R} y \wedge y\mathcal{R} z \longrightarrow x\mathcal{R} z)$ は true すべて $x, y, z \in A,$ の場合 $(x, y) \in \mathcal{R} $ と $(y, z) \in \mathcal{R},$ の場合 $(x, z) \in \mathcal{R}.$ $\mathcal{R}$ は、次の条件の場合、非対称です。 $(\forall x, y \in A)(x\mathcal{R} y \wedge y\mathcal{R} x \longrightarrow x = y)$ は true すべて $x, y \in A,$ の場合 $(x, y) \in \mathcal{R}$ と $(y, x) ∈ \mathcal{R},$ の場合 $x = y.$ 例 以下に、関係プロパティの例をいくつか示します。

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集合のデカルト積

集合論で扱うことができる主題の 1 つは、2 つの集合のデカルト積です。その中で、順序ペア、ペア公理、デカルト積について説明します。 順序ペア 2 つの集合のデカルト積の主題に取り組む前に、順序ペアについて話す必要があります。 $A$と$B$を任意の2つの集合とする。 $a \in A$ と $b \in B,$ について、仕様公理を使用してセットを構築できます。 $$\\{a, b\\} = \\{x;\quad x = a \text{ ou } x = b\\}.$$ $\\{a, b\\} = \\{b, a\\}.$ とセットになっていることに注意してください。 順序ペアの概念では、指定された 2 つの要素を含むセットにおいて、どれが最初の要素でどれが 2 番目の要素であるかを知る必要があります。 このためには、このペアも要素であることを確認する必要があります。これは 次の公理による。 ペアの公理: 任意の 2 つのセットには、両方が属するセットが存在します。 この公理は、以下に定義されるセットの存在を保証します。 定義 (順序ペア): $(a, b)$ で示される、$a$ と $b,$ の順序ペア、最初の座標 $a$ と 2 番目の座標 $b$ がセットです $$(a, b) = \\{a, \\{a, b\\}\\}.$$ 2 つの集合のデカルト積 定義 (2 つの集合のデカルト積): 2 つの集合 $A$ と $B,$ がある場合、$A\times B$ で示される $A$ と $B,$ のデカルト積が集合です。 $$A \times B = \\{x;\quad x = (a, b) \text{ para algum } a \in A \text{ e algum } b \in B \\}.$$

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ファミリーを設定する

集合論では、集合のファミリーまたはインデックス付きコレクションの概念を扱うことが重要です。たとえば、確率過程の理論では、この概念は主にシグマ代数のフィルタリング理論に広く使用されています。 インデックス付きコレクション 定義(集合のインデックス付きファミリー) $\Gamma$ を集合とし、各要素 $\gamma \in \Gamma$ に対して集合 $A_{\gamma}.$ が関連付けられていると仮定します。このようなセット $A_{\gamma}$ のコレクションは、セットのインデックス付きファミリーであると言われ、セット $\Gamma$ によってインデックス付けされ、次のように表されます。 $$\\{A_{\gamma}; \gamma \in \Gamma \\}$$ $\mathcal{C} = \\{ A_{\gamma}; \gamma \in \Gamma \\},$ の場合、次のように書きます。 $$\bigcup \mathcal{C} = \bigcup_{\gamma \in \Gamma} A_{\gamma} = \\{x; x \in A_{\gamma} \text{ para algum } \gamma \in \Gamma \\}$$ e $$\bigcap \mathcal{C} =\bigcap_{\gamma \in \Gamma} A_{\gamma} = \\{x; x \in A_{\gamma} \text{ para todo } \gamma \in \Gamma \\}.$$ セットのコレクションが与えられた場合、インデックス セット $\Gamma$ を取得し、このコレクションを $\Gamma$ でインデックス付けされたインデックス付きセット ファミリにすることが常に可能であることに注意してください。

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集合を使った演算

数論や算術では、加算、減算、乗算、除算などの演算を使用できます。集合論では、演算は和集合、積集合、差分です。それらの一部は前の投稿で定義されています。この投稿では、セット間の演算の結果について説明します。 セット間の違い まず、セットの違いについて説明します。これを行うには、次の定義に従います。 定義 (集合の差): A と B を 2 つの集合とし、集合 $A$ と $B,$ の差を表します。 $A \setminus B$ または $A−B,$ によるセットは、$A$ にあり、$B.$ にはない要素によって形成されます。象徴的に次のように書きます。 $$A - B = \\{x; \quad x \in A \wedge x \notin B\\}.$$ $A \subseteq B,$ の場合、集合 $B − A$ は B における A の補数とも言われ、 $A^c_B$で表されます。 $A$ がユニバースセット $U,$ に含まれている場合、その補数は $U$の$A$を単に と表記します。 $$A^c = \\{x;\quad x \notin A \\}.$$セット間の演算のプロパティ 定理 1 A、B、C を集合とする。それから: (a) 協会: $A \cup(B \cup C) = (A \cup B)\cup C$ $A \cap(B \cap C) = (A \cap B)\cap C.$ (b) 可換性: $A \cup B = B \cup A$ $A \cap B = B \cap A.$ (c) 分配率: $A \cup (B \cap C) = (A \cup B) \cap (A \cup C) A \cap (B \cup C) = (A \cap B) \cup (A \cap C).$ (d) 冪等性: $A \cup A = A$ $A \cap A = A.$ (e) 相違点: $A − B \subseteq A$ $(A − B) \cap B = \emptyset.$ (f) 差分 1: $A − B = \emptyset \quad \Leftrightarrow \quad A \subseteq B$ $A − (A − B) = B \quad \Leftrightarrow \quad B \subseteq A .$ $A$ と $B$ が同じユニバース セット U のサブセットである場合、次のようになります。 (g) モルガンの法則 $(A \cup B)^c= A^c \cap B^c$ $(A \cap B)^c = A^c \cup B^c.$ (h) 追加: $(A^c)^c = A$ $A \cap A^c = \emptyset.$ (i) $B^c \subseteq A^c.$ の場合およびその場合に限り、$A \subseteq B$

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ペアノ公理

自然数について話すときは、自然数の公理的な定義が必要です。これを行うために、自然数の基本演算を定義する方法を示します。 ペアノ公理 最初に、自然数の集合 $\mathbb{N}$ を公理的に定義します。このようなプロパティを説明するには、0 (ゼロ) および s (後継) という記号を使用します。 (a) $0 \in \mathbb{N};$ ゼロは自然数の集合に属します。 (b) $\forall n \in \mathbb{N}\quad s(n) \in \mathbb{N};$ 自然数のセットに属するすべての数値について、後続数は自然数に属します。 (c) $\forall n \in \mathbb{N}\quad s(n) \neq 0;$ 自然数の集合に属するすべての数値について、後続する数値はゼロとは異なります。 (d) $\forall m,n \in \mathbb{N}\quad s(n)=s(m) \Rightarrow n=m;$ 自然集合に属する 2 つの数値のペアごとに、後続の数値が等しいということは、これらの数値が等しいことを意味します。 (e) $P(x)$ を $\mathbb{N}.$ の要素のプロパティとする: (i) $P(0);$ (ii) $\forall n \in \mathbb{N}, \quad P(n)\Rightarrow P(s(n))$ すると、すべての $n \in \mathbb{N}.$ に対して有効 $P(n)$ 公理$(e)$は帰納法として知られています。記号 $s(n)$ を $n + 1.$ として解釈すると、集合 $\\{0, 1, 2, \dots\\}$ は上記の性質を満たします。このような集合では帰納法則が成り立つことに注意するために、帰納法則が成り立たないと仮定します。次に、P(n) に値しない最小のものは $n$ です。

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集合論の概要

集合論には、公理理論と素朴理論という 2 つの研究領域があります。公理的翼は、オブジェクトのコレクションとしてのセットの非公式な理解に依存しています。 19 世紀末によく開発された素朴なアプローチは、命題、補題、定理、および帰結を伴う実証可能な形式として集合を扱います。集合論は数学、特に次のような現代理論において非常に重要です。 数字 関係 機能 仕様公理 公理は数学の基礎です。ただし、集合に対するあらゆる演算がラッセルのパラドックスなどのパラドックスにつながる可能性があると仮定すると。公理理論は、セットにどの演算が許可されるかを決定する際の基礎でした。 仕様公理によれば、集合 $A$ が存在し、この集合の要素をプロパティで記述できる場合、これらの要素を含む $A,$ の部分集合である集合 $B$ が存在します。 仕様公理: $A$ を集合、$p(x)$ を $x$ の命題とし、量指定子と変数の観点から次のように表現する必要があります。 量指定子: $\wedge, \vee$ など 変数: $x, y, A, B, dots$ 次に、$p(x)$ を true にする $A$ のすべての要素 $x$ の一貫性を生成するセットがあります。より具体的には $$\\{x \in A; ~p(x) ~\text{é verdadeira}\\}$$ この公理はリチャードのパラドックスなどの意味論的なパラドックスを回避するために非常に重要です。リチャードのパラドックスで説明されている集合は、仕様公理からは構築できません。これは、公理の性質が論理演算子と一部の量指定子に制限されているためです。 ラッセルのパラドックス この公理のもう 1 つの興味深い応用例は、次のことを保証することです。 すべての集合を含む集合は存在しないということです。 。したがって、B /∈ U、つまり、 宇宙セット。この結論に至った議論はパラドックスと呼ばれます ラッセル著、 ラッセルのパラドックスは、集合論のいくつかの特性を理解するために非常に重要です。これから、仕様公理を適用して、すべての集合を含む集合は存在しないことを示すことができます。ラッセルの議論に注目してください。 ラッセルのパラドックス: ある街に、自分で毛を剃らない男性だけを剃る理容師がいます。床屋の髭を剃るのは誰ですか? これにどう対応すればよいでしょうか? すべての要素が集合である集合、つまり宇宙集合があるとします。 $U$ をユニバースセットとします。 したがって、仕様公理から、セットを構築できます。 $$B = \\{x \in U; x\notin x\\}$$目的は if$B\in U.$ をチェックすることです。これにより、2 つの可能性が考えられます。

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原始的な概念

この記事では、数学の要素の基礎となる、数学の原始的な要素について学びます。この章は集合論に特化していますが、ゆっくりと見ていきましょう。各投稿では、この複雑で緻密な理論について少し説明します。 集合論では、いくつかの原始的な概念が必要です。 原始的な集合の概念。 私たちが使用するメンバーシップという原始的な概念は、$\in$ に属します。 関連性 関連して、セット間の関係は次のように確立できます。 $x$ が要素で、$A$ がセットの場合。 $x \in A$ という式は次のことを意味します。 「$x$は$A$に属します」 「$x$ は $A$ にあります」 先ほど説明した$x$ を要素として定義します。 関連性の例 本はライブラリ セットに属します。 定義 定義1: $x\in A,$、$x$ が要素となるような集合$A$と$x$とします。具体的には、$x$ は $A$ に属する $A$ または $x$ の要素です。 注: 定義の否定、つまり x は $A,$ の要素ではありません。$x \notin A,$ と書きます。これは、「$x$ は $A$ に属さない」ことを意味します。 このセットとメンバーシップのペアは、セットと要素を扱うときに覚えておく必要がある最初の基本的な概念です。 使用される規則では、セットには大文字が使用され、要素には小文字が使用されます。 次に、集合の等価性の概念を定義します。 定義 2: $A=B$ となる 2 つのセット $A$ と $B$ があるとします。この場合、集合$A$は$B$ と等しいと言い、その逆も同様です。象徴的に次のように書きます。 $$A=B \quad \Leftrightarrow \quad (\forall x)~ [(x\in A \rightarrow x\in B) \wedge (x\in B \rightarrow x\in A)]$$ 「すべての $x$ について、($x$ が $A$ に属していることは、$x$ が $B$ に属していることを意味します)、および ($x$ が $B$ に属していることは、$x$ が $A$ に属していることを意味します)。」

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デモ

以前の投稿では、特に仮置、定理、系などを定義しました。定理を証明するには、 与えられた命題が真理値表を通して得られるトートロジーであることを意味します。以下に、結果を実証するためのいくつかの方法を紹介します。 演繹法 演繹的方法は、定義およびその他の事前に確立された結果を使用して得られます。このために、含意 $(\Rightarrow)$ と論理的二重含意 $(\Leftrightarrow)$ を使用します。 例 1: 次の文で、それが定理であるかどうかを示します。これについては、次のような仮説が考えられます。 $H_1$: 時は金なり。 $H_2$: お尻には時間がたくさんあります。 そして論文はこうだ。 $T$: トランプはたくさんのお金を持っています。 命題$H_1 \wedge H_2 \Rightarrow T$は定理ですか? 次のように仮定してみましょう: $p$: 「時間があります」。 $q$: 「お金を持っています」。 $r$: 「ポンコツであること」。 と: $H_1$: $p\wedge q$ (時間とお金がある)。 $H_2$: $q\rightarrow r$ (お金があるということは、クズであることを意味します)。 $T$: $r\rightarrow q$ (ポンコツであるということは、お金があるということを意味します)。 これにより、次のような命題を書くことができます。 $$H_1 \wedge H_2 \Rightarrow T$$仮説 1 と仮説 2 はテーゼを意味します。 トートロジーはどのようにして成立するのか: $$(p\rightarrow q)\wedge (r \rightarrow p) \Rightarrow (r \rightarrow q)$$(時間があるということはお金があるということを意味します) そして(バズであるということは時間があるということを意味します) は(バズであるということはお金があるということを意味します)。 したがって、与えられた命題は定理です。 実際的な観点から見ると、この結果は意味を成さないかもしれませんが、使用されるステートメントによっては、不合理な結果に到達する可能性があります。 例 2: 次の文で、それが定理であるかどうかを示します。これについては、次のような仮説が考えられます。 $H_1$: 私はそう思う、だから私はそうである。 $H_2$: 石は考えません。 そして論文はこうだ。 $T$: 石は存在しません。 命題$H_1 \wedge H_2 \Rightarrow T$は定理ですか?

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定理

前回の投稿では、結果を正式に実証することなく、公準と公理について説明しました。ここで、正式なデモンストレーションの概念を開始します。このために、トピックを開始するためにいくつかの基本的な概念を示します。 コンセプト 数学における最初の非常に重要な概念は定義です。 定義: は数学用語の意味を説明する文です。 命題 以前の投稿でこの概念を定義しましたが、今回はより簡単な方法で説明します。 命題: は平叙文です。 シンプルであれば、それ自体に意味があるもの。 すべての論理的可能性において真である場合、それはトートロジーであると言われます。 すべての論理的可能性において真である場合、それはトートロジーであると言われます。 これまでの可能性以外に他の可能性はありません。 口論 次の定義は、良好な結果を構築するために同様に重要です。 引数: は有限数列 $n+1$ 命題です: 仮説のセット: $\mathcal{H} = \\{H_1, H_2, \dots, H_n\\}$ 仮説: $T$、仮説の結果です。 推測 推測: は、これまで実証も反駁もされていない命題です。 このように、予想はこれまで証明されていない命題ですが、結果を定理にするためには証明する必要があります。 定理 非常に重要な概念は定理という論理命題、 つまりトートロジーです。トートロジー数学において最も重要な結果は、条件接続詞および/または二条件接続詞を使用した結果です。 定理: は証明によって保証された命題です。 結果を実証するということは、基本的には論文エッセイをまとめるということです。このために、真理値表を使用して、命題が実際にはトートロジーであることを示します。 前回の投稿では、公理と公準は証明なしで受け入れられる事実であることを見ました。 今後、結果を実証するために、次のような暫定的な結果を使用します。 補題: は、より優れた結果を実証するために使用されることを目的とした結果です。 提案: は、より大きな結果を実証するために使用されることを目的とした結果です。 前述したように、 これらのトートロジーは定理や帰結としてより大きな結果を示すために使用されます。 当然のこと 結果: は、証明された定理から直接確立できる定理です。 より具体的には、定理が他のステートメントを簡単に結論付けるのに役立つ場合、この結果は定理の必然と呼ばれます。 論理的な含意と二重含意 トートロジーの概念では、$p$ および $q$ 命題と $p \rightarrow q$ トートロジーを定義するときに次のように言うことをこれまで見てきました。 $p \rightarrow q$ は暗示です。 $p \Rightarrow q$ は論理的な意味合いです。 同様に、$p$ と $q$ を命題、$p \leftrightarrow q$ をトートロジーとすると、次のようになります。