articles3/52b.book
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部分集合の個数(特性関数)
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(section 5 まで)
\(n\) 個の集合の部分集合は \(2^n\) 個。部分集合と特性関数(\(X \to 2\))の1対1対応で示す(52a と別の証明)。
1 準備
1.1 特性関数
\(A \subset X\) に、\(A\) の上で \(0\)、\(X \setminus A\) の上で \(1\) をとる特性関数 \(\chi_A : X \to 2\) を対応させると、全単射になる。
逆に、写像 \(f : X \to 2\) には逆像 \(f^{-1}[\{0\}]\) を対応させる。
\(\wp X \stackrel{\#}= X \to 2\)
\(\blacktriangleleft\) \(\mathbb{W}.\) ,ax_s
1.2 写像の個数
個数の等しい集合どうしの直積は、個数が等しい。
定義域に1点を足した写像は、元の写像とその1点での値の組に対応する。すなわち \(((n+1) \to m) =\# ((n \to m) \times m)\)。
L→s …
\(n \in \mathbb{M} \Longrightarrow ( n \to m ) \times m \stackrel{\#}= ( n + 1 ) \to m\)
\(\blacktriangleleft\) \(\mathbb{W}.\) ,ax_s ,Ax𝕄
\(m\) 個の元それぞれの値を \(n\) 通りから選ぶので、\(m \to n\) は \(n^m\) 個。定義域の個数についての帰納法で示す。
L0 …
\(0 \to n = 1\)
\(\blacktriangleleft\) \(\mathbb{W}.\)
→=# …
\(m , n \in \mathbb{M} \Longrightarrow m \to n \stackrel{\#}= n ^ m\)
\(\blacktriangleleft\) \(\mathbb{W}.\) ,ax_s ,Ax𝕄 ,+𝕄 ,⋅𝕄 ,↑𝕄
2 主定理
特性関数の全単射と写像の個数を組み合わせると、\(\wp n =\# (n \to 2) =\# 2^n\) となる。
\(n \in \mathbb{M} \Longrightarrow \wp n \stackrel{\#}= 2 ^ n\)
\(\blacktriangleleft\) \(\mathbb{W}.\) ,Ax𝕄 ,ax_s ,+𝕄 ,⋅𝕄 ,↑𝕄
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