מרצה :ד"ר אסף רינות.
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
26.02.14
מנהלות
מרצה:
אסף רינות־ rinotas@math.biu.ac.il
מתרגל:
חיים רוזנר־ haim.rosner@gmail.com
שעות
קבלה :ימי ג' מ־ ,14:00בתאום מראש .חדר 107בניין מתמטיקה.
אתר הקורס־ settheory.assf rinot.com
ספר מומלץ.Jech − Hrbacek/introduction to set theory :
תורת הקבוצות
תזכורת־
)< (A,קבוצה סדורה חלקית )קס"ח( ) (Posetאם:
< .1אנטי־רפלקסיבי ) ¬ (a < aלכל .a ∈ A
< .2טרנזיטיבי אם ) (a < bו־ ) (b < cאז ) (a < cלכל .a, b, c ∈ A
דוגמאות
(N, <) .1כאשר < הוא הסדר הרגיל ,ו־ } N = {0,1,2,. . .המספרים הטבעיים.
(R, <) , (Q, <) , (Z, <) .2
אמנם N, Z, Qהם מאותו "גודל" ,אבל קבוצות סדורות אלה מייצגות סוגים שונים של אינסוף.
כלומר ,במובן של סדר" Z ,גדול" מ־ .N
באותו האופן" Q ,גדול" מ־ .Z
המטרה שלנו היא לפתח את המחלקה הנכונה של סדרים ,שבה אפשר להשוות למשל סדרים בני־מניה.
.3בהינתן קבוצה לא ריקה (P (X) , $) ,Xקס"ח.
(N, |) .4כאשר ⇐⇒ n | mקיים .m = n · k ,k > 1
הגדרה 0.1קס"ח )< (A,היא קבוצה סדורה קווית אם לכל a, b ∈ Aשונים מתקיים (a < b) :או ).(b < a
שימו לב כי לא ייתכן קיום בו־זמנית של שתי האלטרנטיביות ,שכן מטרנזיטיביות נהיה חייבים להסיק כי b < b
בסתירה לאנטי־רפלקסיביות.
.5תהי f : Q ↔ Nפונקציית שקילות )חד־חד־ערכית ועל(.(bijection) .
לכל r ∈ Rנגדיר
}Ar = {f (q) | Q 3 q < r
נשים לב כי ) ({Ar | r ∈ R} , $סדורה קווית.
זוהי תת־קבוצה של ) ,P (Nוכיוון ש־ ) (P (N) , $קס"ח ,גם ) ({Ar | r ∈ R} , $קס"ח.
נוודא את קריטריון ה"קוויות" )לינאריות(:
0
נניח r 6= rממשיים.
0
בה"כ.r < r ,
0
יהי q ∈ Qכך ש־ ,r < q < rאז qמעיד כי ,Ar $ Ar0
n
o
1 .{q | q < r} $ q | q < r 0
שהרי,
1השתמשנו בידע כי )< (R,סדורה קווית.
1
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
מרצה :ד"ר אסף רינות.
הגדרה 0.2נניח )< (A,קס"ח .קבוצה A ⊇ Dנקראת "שולטת" ) (Dominating/conalאם לכל ,a ∈ Aקיים
d ∈ Dכך ש־ a = dאו .a < d
למשל־
Nקבוצה שולטת ב־ ) Rמה שנקרא ארכימדיות־ לכל מספר טבעי יש מספר ממשי גדול ממנו(.
}) {Nסינגלטון( קופינלי ב־ )) .(P (N) , $קופינלי=שולטת(.
אבחנה־
אם )< (A,קס"ח ,ו־ mאיבר אחרון ב־ )< ,(A,אז } {mשולטת ב־
)< 2 .(A,
הערה 0.3בקבוצה סדורה קווית ,אנחנו מקבלים שולטת ⇒⇐ לא חסומה.
בקס"ח כללי ,זה לא נכון .לדוגמא ,סכום זר של )< (N,עם )<.(N,
למה 0.4
Rasiowa-Sikorski
אם )< (A,קס"ח ,ו־ ) (Dn | n ∈ Nסדרה בת־מנייה של קבוצות שולטות בקס"ח ,אז קיימת A ⊇ Gהסדורה קווית
על־ידי < ,ומקיימת ∅ = G ∩ Dn 6לכל .n ∈ N
הוכחה :נבנה סדרה } {gn | n ∈ Nבאינדוקציה )רקורסיה ,ליתר דיוק .יובהר בהמשך הקורס(.
בסיס האינדוקציה:
יהי g0 ∈ D0כלשהו.
צעד האינדוקציה:
נניח } {gi | i ≤ nכבר הוגדרה עבור nטבעי כלשהו.
כיוון ש־ Dn+1שולטת ,ניתן למצוא d ∈ Dn+1כך ש־ gn = dאו .gn < d
נקח gn+1להיות .d
אז קיבלנו סדרה } {gn | n ∈ Nכך שלכל :n ∈ N
.gn ∈ Dn .1
gn = gn+1 .2או .gn < gn+1
מטרנזיטיביות של < G ,סדורה קווית,
וכמובן ∅ = G ∩ Dn 6לכל .n ∈ N
הגדרה 0.5איבר a ∈ Aנקרא איבר ראשון בקס"ח )< ⇐⇒ (A,לכל } b ∈ A\ {aמתקיים .a < b
הגדרה 0.6איבר a ∈ Aנקרא איבר אחרון בקס"ח )< ⇐⇒ (A,לכל } b ∈ A\ {aמתקיים .b < a
סדר חלקי על פונקציות :נניח Fמשפחה של פונקציות.
עבור פונקציות ,f, g ∈ Fנגדיר יחס⇐⇒ f ≺ g :
.dom (f ) $ dom (g) .1
f (x) = g (x) .2לכל ) .x ∈ dom (f
שימו לב כי )≺ (F,קס"ח .אם חושבים על פונקציה כאוסף של זוגות סדורים )כלומר מזהים אותה עם הגרף שלה(,
אז ≺מתלכד עם ⊂.
הגדרה 0.7קס"ח )< (A,נקראת צפופה אם לכל a < bב־ Aקיים c ∈ Aכך ש־ .a < c < b
2הגדרה של "איבר אחרון" מופיעה בהמשך.
2
מרצה :ד"ר אסף רינות.
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
דוגמא
(Q, <) .1קבוצה סדורה קווית ,צפופה ,ללא איבר ראשון וללא איבר אחרון ,ובת־מניה.
(R, <) .2קבוצה סדורה קווית ,צפופה ,ללא איבר ראשון וללא איבר אחרון ,אבל לא בת־מניה.
משפט 0.8משפט קנטור
אם ) (A, /סדורה קווית ,צפופה ,ללא איבר ראשון וללא איבר אחרון ,ובת־מנייה ,אז ) (A, /איזומורפית־סדר ל־
)< .(Q,
כלומר ,קיימת g : Q ↔ Aחד־חד־ערכית ועל ,ולכל .g (a) < g (b) ⇐⇒ a < b :a, b ∈ Q
הוכחה :תהי Fאוסף כל הפונקציות f : X → Yכאשר:
X .1תת־קבוצה סופית של .Q
Y .2תת־קבוצה סופית של .A
f .3איזומורפיזם ,כלומר fחד־חד־ערכית ,על ושומרת סדר.
כזכור (F, ≺) ,קס"ח.
טענה :1
עבור q ∈ Qנסמן
}) Dq = {f ∈ F | q ∈ dom (f
Dqשולטת.
הוכחה:
נניח f : X → Yאיבר כלשהו ב־ ,Fונבקש למצוא d ∈ Dqכך ש־ d = fאו .f < d
כמובן ,שאם ) ,q ∈ dom (fהרי ש־ f ∈ Dqוסיימנו.
∈ .q
נניח כעת כי ) / dom (f
נסתכל על
}X0 = {x ∈ X | x < q
}X1 = {x ∈ X | q < x
כיוון ש־ Qסדורה קווית על־ידי היחס < ,כך גם תת־הקבוצות הסופיות X0ו־ ,X1
ולכן ניתן להגדיר
∅ =X0 6
whenever
) m0 = max (X0
∅ =X1 6
whenever
) m1 = min (X1
<
<
כעת ,כיוון ש־ ) (A, /צפופה ,ניתן לבחור a ∈ Aכך ש־
f (m0 ) / aכאשר ∅ = ,x0 6ובנוסף ) a / f (m1כאשר ∅ =.x1 6
נגדיר } d : X ∪ {q} → Y ∪ {aעל־ידי
(
f (p) , p ∈ X
= )d (p
a,
p=q
3
מרצה :ד"ר אסף רינות.
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
הבחירה של aמבטיחה כי הפונקציה dחח"ע ,על ,שומרת סדר,
אזי ,d ∈ Dqו־ .f ≺ dמש"ל טענה .1
טענה :2
לכל = {d ∈ F | a ∈ Im (d)} ,a ∈ A
Da
שולטת.
הוכחה:
נימוק דואלי המשתמש בכך ש־ )< (Q,סדר צפוף .מש"ל טענה .2
כיוון ש־ A, Qבנות־מנייה ,ניתן להשתמש בלמה של .Rasiowa-Sikorski
כלומר ,קיימת F ⊇ Gסדורה קווית על־ידי ≺,
ובנוסף:
∅ = G ∩ Dq 6לכל ,q ∈ Q
∅ = G ∩ Da 6לכל .a ∈ A
נגדיר g : Q → Aעל־ידי:
⇐⇒ g (q) = aקיימת f ∈ Gכך ש־ .f (q) = a
טענה g :3מוגדרת היטב.
הוכחה:
בהנתן ,q ∈ Qכיוון ש־ ∅ = ,G ∩ Dq 6נובע כי קיים f ∈ Gעם ) .q ∈ dom (f
0
0
0
כעת ,אם ,f ∈ Gו־ ,q ∈ dom fיש להראות כי ).f (q) = f (q
0
נניח f, f ∈ G ∩ Dqשונות.
0
היות ו־ Gסדורה קווית ,מתקיים בה"כ ש־ .f ≺ f
0
0
ואז ,מהגדרת ≺ q ∈ dom (f ) $ dom f ,ו־ ) .f (q) = f (qמש"ל טענה .3
טענה g :4על.
הוכחה:
נובע מכך ש־ ∅ = G ∩ Da 6לכל .a ∈ Aמש"ל טענה .4
טענה g :5חד־חד־ערכית ,שומרת סדר.
הוכחה:
נניח q1 < q2ב־.Q
יהיו f1 , f2 ∈ Gכך ש־ ) .q2 ∈ dom (f2 ) ,q1 ∈ dom (f1
אם ,f1 ≺ f2הרי ש־ ) ,q1 , q2 ∈ dom (f2ואז
) g (q1 ) = f2 (q1 ) / f2 (q2 ) = g (q2
f2שומרת סדר ,אז " gמקבלת" את זה ממנה.
מקרה שני f2 ≺ f1 ,או :f2 = f1
אז
) g (q1 ) = f1 (q1 ) / f1 (q2 ) = g (q2
f1שומרת סדר ,אז " gמקבלת" את זה ממנה.
תרגיל :שנו את ההוכחה הנ"ל והראו כי לכל קס"ח בן־מניה ) (A, Cקיימת העתקה חח"ע שומרת סדר מ־)(A, C
ל־)< .(Q,
4
תורת הקבוצות202 ,־.88
מרצה :ד"ר אסף רינות.
מסכם :בועז מתן.
משפט 0.9משפט קנטור )המפורסם(
אם Aקבוצה בת־מניה של פונקציות מ־ Nל־ } ,{0, 1אז קיימת פונקציה } g : N → {0, 1כך ש־ g 6= fלכל .f ∈ A
יתר על כן־ }) {n | g (n) 6= f (nאינסופית לכל .f ∈ A
הוכחה :תהי Fמשפחת כל הפונקציות מהצורה } f : X → {0, 1כך ש־ X ⊆ Nסופית.
לכל f ∈ Aוכל n ∈ Nנתבונן בקבוצה השולטת:
})D (f, n) = {d ∈ F | ∃k > n : {0, ..., k} = dom (d) , d (k) 6= f (k
אם ניקח G ⊆ Fסדורה קווית לפי ≺ ,ו־ ∅ = G ∩ D (f, n) 6לכל f ∈ Aו־ ,n ∈ N
אז נוכל להגדיר } g : N → {0, 1כמו מקודם,
ומתקיים כי }) {n | f (n) 6= g (nאינסופי לכל .f ∈ A
הגדרה 0.10קבוצה סדורה קווית )< (A,סדורה היטב well-orderedאם לכל תת־קבוצה לא ריקה של Aיש איבר
ראשון.
הבחנה
אם )< (A,סדורה היטב ו־ , A ⊇ Bאז )< (B,סדורה היטב.
הההכלה ההפוכה איננה נכונה (N, <) :סדורה היטב ,אך )< (Z,־ איננו סדר טוב.
הערה 0.11קבוצה סדורה קווית היא סדורה היטב ⇒⇐ איננה מכילה עותק של ).Z ∩ (−∞, 0
המטרה־ למצוא נציגים קנוניים של סדרים טובים.
נציגים של טיפוסי סדר טובים.
מה שבסוף יוביל אותנו למושג שנקרא "סודר".
קבוצות טרנזיטיביות
הגדרה 0.12קבוצה Aנקראת טרנזיטיבית אם לכל x ∈ Aולכל y ∈ xמתקיים .y ∈ A
)(y ∈ x ∈ A → y ∈ A
דוגמא
}}∅{ A = {∅,
זוהי קבוצה עם שני אברים ,האיבר הראשון קבוצה ריקה ,האיבר השני קבוצה המכילה איבר אחד ־ הוא הקבוצה
ריקה.
Aקבוצה טרנזיטיבית .הוכחה :נניח x ∈ A
.1אם ∅ = xאז ודאי )באופן ריק( כי לכל y ∈ xמתקיים .y ∈ A
.2אם ,y ∈ x ,{∅} = xאז אכן .y ∈ A
5
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
מרצה :ד"ר אסף רינות.
טענה 0.13אם Aטרנזיטיבית אז גם } A ∪ {Aטרנזיטיבית.
הוכחה :נניח } x ∈ A ∪ {Aו־ .y ∈ x
.1אם ,x ∈ Aאז היות ו־ Aטרנזיטיבית ,ומתקיים ,y ∈ x ∈ Aהרי ש־ }.y ∈ A ⊆ A ∪ {A
.2אם ,x = Aאז היות ו־ ,A = x 3 yהרי ש־ .A ∪ {A} ⊇ A 3 y
טענה A 0.14טרנזיטיבית ⇒⇐ לכל .x ⊆ A ,x ∈ A
טענה A 0.15טרנזיטיבית ⇒⇐ לכל .x ∈ P (A) ,x ∈ A
טענה A 0.16טרנזיטיבית ⇒⇐ ).A ⊆ P (A
טענה 0.17אם Fמשפחה של קבוצות טרנזיטיביות ,אז }F = {x | ∀A ∈ F : x ∈ A
T
טרנזיטיבית.
T
הוכחה :יהי ,x ∈ Fונניח .y ∈ x
T
נבקש להראות כי . F 3 y
לשם כך ,נקבע A ∈ Fשרירותית ,ונבקש להראות כי .y ∈ A
T
כיוון ש־ ,x ∈ A ,x ∈ F
כיוון ש־ Aטרנזיטיבית ,y ∈ Aכמבוקש.
טענה 0.18אם Fמשפחה של קבוצות טרנזיטיביות ,אז }F = {x | ∃A ∈ F : x ∈ A
הוכחה :נניח F
S
∈ xו־ .y ∈ x
יהי A ∈ Fכך ש־ .x ∈ A
היות ו־ Aטרנזיטיבית ,מתקיים ,y ∈ Aואז F
S
∈ .y
S
טענה A 0.19טרנזיטיבית ⇒⇐ . A ⊆ A
6
S
טרנזיטיבית.
© Copyright 2025