定义12.6.1
对集合K和L, , ,如果存在从K到L的单射函数,则称集合L优势于K,记作 ,且称基数k不大于基数l,记作
。
定义12.6.2
对基数k和l,如果 且 ,则称k小于l,记作 。
例1
对任意的基数k,
有0≤k。对任意的自然数n,
有n≤ .
例2
对集合K和L,
若K L,
则card(K)≤card(L)。
反之,对基数k和l,
若k≤l,
则存在集合K和L,
使card(K)=k,
card(L)=l,
且K L。
例3
对任意的基数k,
有k<2k。
证明
对基数k,
存在集合K
, 使得card(K)=k。
由12.5节, card(P(K))=2k。
构造函数f:
A→P(A),
f(x)={x},
则f是单射的。
则A≤P(A),
k≤2k。
由定理12.2.3, K≈P(K),
k≠2k。
因此, k<2k。
这个例子说明, 不存在最大的基数。
定理12.6.1
对任意的基数k 、l和m,有
(1)
(2)若 且 ,则 ,
(3)若 且 则 ,
(4) 或
结论(1)和(2)很容易证明。 结论(3)是施罗德-伯恩斯坦定理, 证明较复杂, 在此省略了。
结论(4)是选择公理的等价形式, 等价性的证明从略。
例4
对任意的集合K、L和M,
如果K≤L,
L≤M且M≤K,
则K≈L≈M。
例5
R≈N2,
即R≈P(N)。
证明
只要证R≤N2且N2≤R。
先证R≤N2.
因(0,1)≈R,
先证(0,1)≤N2.
构造函数H:(0,1)→N2为,
对任意的z∈(0,1),
有H(z):N→{0,1},
且H(z)(n)=在z的二进制表示中第n+1个数字。
例如, 对z=0.110100…,H(z)(0)=1、H(z)(1)=1、H(z)(2)=0、H(z)(3)=1等。
显然, H是单射的。
则(0,1)≤N2,
R≤N2.
再证N2≤R。对任意的f∈N2,
即函数f:
N→{0,1}, 按如下规则把f
映射到[0,1]中的一个实数。 (这就是构造函数G:N2→[0,1]。)
如果f 的函数值依次为1,1,0,0,0,1,…,
则把f 映射到0.110001…这个十进制小数。
(这就是令G(f
)=0.110001…。)。 这是从N2到R的一个单射函数。
所以N2≤R。
由这个例子得到
=card(R)=card(N2)=2 .
定理12.6.2
对任意的基数k、l
和m,如果 ,则
(1)
(2)
(3)
(4)若 或 则
证明
(1) 取集合A,B,C,使得 ,且
,
则 ,且 ,因而,

(2)取集合A,B,C,且 ,易知,
,
于是

(3)取集合A,B,C, 。首先证明 。取
,且 ,显然H是单射的,所以 。于是
。
(4) 取集合A,B,C, ,则 。只要证明
。
①当 时, ,但此时 ,于是 ,此时又有 ,于是
。
② ,此时 , 。
取 ,且 ,则 ,易证 ,且 ,则 ,所以H是单射的,于是
。
。
例6
2 ≤ ·2 ≤2 ·2 =2 ,
所以, ·2 =2 ,
定理12.6.3
对基数k和l,如果
、 ,l
是无限基数,则
证明
为证本定理, 要使用引理k·k=k。但该引理证明较复杂。下面不证引理,直接引用它。
l≤k+l≤l+l=2·l≤l·l=l,
所以k+l=l。
l≤k·l≤l·l=l
所以, k·l=l。
例7
对任意的无限基数k,kk=2k。
证明
kk≤(2k)k=2k·
k=2k≤
kk, 所以,
kk=2k。
定理12.6.4
(1) 对任意的无限集合K, 。
(2) 对任意的无限基数k, 。
证明
(1) 严格的证明要使用N上的递归定理。
下面简要介绍证明的主要思想。
构造单射函数g:N→K。
因为K非空,
则存在a0∈K,
令g(0)=a0.
因为K是无限集合,
则K-{a0}= 。由选择公理,可以选择a1∈K-{a0},
令g(1)=a。
依此类推, 可以选g(2)=a2,
g(3)=a3,…。
一般情况。如果已选定了g(0),g(1),…,g(n)。
则由选择公理可以从K={g(0),g(1),…,g(n)}中选an+1,使g(n+1)=an+1。
显然, g是单射的。
(2)由(1)证明。
由定理可知, 是最小的无限基数。
例8
对任意的基数k,
k< 当且仅当k是有限基数。
例9
有限集合的子集一定是有限的。
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