無限集合の連続体濃度のよりも大きな濃度？

http://ufcpp.net/study/set/cardinality.html#carg …

上記のサイトを眺めておりましたところ、下記の記述に出会いました。

＝＝＝引用＝＝＝
余談になりますが、 この記号 ‭א は、 ヘブライ文字の1文字目で、ギリシャ文字のα、ローマンアルファベットの a の元になった文字です。 無限基数の中で小さいものから順に、 ‭א0 , ‭א1 , ‭א2 , ・・・ と表します。 昔は、 無限基数を小さいものから順に、 ヘブライ文字の第 n 文字目で表していました （aleph, beth, gimel, daleth, ・・・）が、 読めないし、写植の上でもなかなか表示できないので、 アレフの右下に添字を付ける今の表記法になりました。
＝＝＝引用終わり＝＝＝

恥ずかしながら、無限集合の濃度の事を聞いて以来、無限集合の濃度は下限が ‭א0で上限がא1なのかと勝手に思っておりました。
ところが、上述のように、 ‭א0 , ‭א1 , ‭א2 , ・・・ ということでありますと、俄然 ‭ ‭‭א2の濃度を持つ無限集合に興味が湧いてまいりました。

連続体濃度よりも濃度が大きい無限集合とはどのような集合でしょうか？
数学の素人なものですから、直観的に理解できそうな実例を一個・二個、お示し頂けるとありがたいです。

No.17 ベストアンサー 回答者： Tacosan 回答日時： 2012/01/01 22:10

正整数の集合N から素数の集合P への＊全射でない単射＊を作ってみましょう.

Fn = 2^(2^n)+1 をフェルマー数とします. すべての m, n に対して Fn と Fm が互いに素であることは容易に証明できます. つまり, 任意の n に対して「Fn の最小素因数」が相異なることになります. そこで
f(n) = 「フェルマー数Fn の最小素因数」
とおけばこの f(n) は N から P への単射であり, かつ (f(n) = 2 となる n は存在しないので) 「全射ではない」ことが分かります.

あと, 「未だに「実数＋リンゴ」と「実数」の間には全単射があることを説明できません。」ということですが, これは「リンゴ」と π を対応させれば後は「π でない実数全体」と「実数全体」との間に全単射があるかどうかという問題に落ちます. 説明できない?

ついでにいえば, 「部分集合でありながら一対一対応ですか？」という疑問を持っているようですが, 「整数と偶数の間に 1対1 の対応がある」ことは不思議に思いませんか? また, この性質は実は「整数が無限に存在する」ことと等価です. なぜなら, 無限集合は必ず「1対1 対応が存在するような真部分集合を持つ」からです.

この回答への補足

‭א0 , ‭א1 , ‭א2 , ・・・ ということでありますと、俄然 ‭ ‭‭א2の濃度を持つ無限集合に興味が湧いてまいりました。

ということで、質問してみたのですが、結局、アレフ２の無限集合のイメージは得ることが出来ませんでした。
また、べき集合の元の数はからなず元と集合の元の数よりも多いといっても、それが有限集合のときは自明ですが、対象が無限集合、とくに連続体無限の場合には、元が増えても濃度が同じかもしれないという不信感が残ります。
換言すると、真部分集合なのに一対一対応が存在できるという無限集合の性質その物に関する違和感なのだということが理解できました。

有限の世界に生きている人間でも、数学の勉強をつづければ無限の世界に違和感をもつことが無くなるのでしょうか。

補足日時：2012/01/10 13:02

この回答へのお礼

たこさん、何度もありがとうございます。

有限の世界に生きている我々が無限を理解するのは、２次元平面に生きている平面カエルが四次元時空を理解するごとき難しさ（＝違和感、不可解さ）があるのでしょうね。

結局、べき集合の濃度よりも、”真部分集合でありながら一対一対応が存在する”という、無限集合ならではの真理に関する違和感が払しょくできずにいます。

数学的思考と言うのは、記号の列が無矛盾に整合しておれば、違和感を払拭できずとも良しとする覚悟がいるのでしょうか。

私は、当面アレフ０とアレフ１だけの世界で十分生きて行ける(笑)、と思うようになっております。

お礼日時：2012/01/10 01:38

No.16 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2011/12/31 14:54

　#14です。

これだけは喋っておきたかったので、投稿させて下さい。

　アレフ０とアレフ１の階層化には納得されている、という事ですが、これだって工学屋にとっては、一瞬だけど致命的な結果に見える（一瞬ですけど・・・）、という話です。

　工学屋は、連続関数の離散化近似を、頻繁にコンピューターにやらせます。目的の連続関数に出来るだけ多くのサンプル点を取り、サンプル点では目的の関数の値を与え、その間は折れ線でつなぐ。簡単に言うと、こんな感じのプログラムを書きます。工学屋の日常感覚では、サンプル点を無限に増やしていけば、いつか連続関数のグラフの全ての点を「取り尽くせる」だろうから、この離散化近似は妥当だと考えます。工学屋の感覚なんて、こんなものです（そうでない工学の人達、御免なさい・・・）。

　でもアレフ１の点を取り尽くすなんて、できっこないんですよ。現実に出来るのは、常に有限個の点であり、その行為を数学的に理想化しても到達できるのは、アレフ０までです。これは有理数全体の上で、連続関数の値を与えたのと同じです。Card(Ｑ)はCard(Ｒ)にとって有限と同じですから、離散化近似の極限においてすら、もとの連続関数に対して、無数の穴ぼこが開いている事になります。これでは、離散化極限が元の関数に収束する、などとはとても言えず、ふだん行っている数値計算のほぼ全部は、ご破算になります。けっこう、大変なショックでした。はっきり言って、気持ちの持って行き場がありません。

　これに気づいたのは、大学院で境界要素法をやっていた時です。自分は工学屋といっても、正体は構造力学（土木屋）なので、当時の指導教官に、こんな事は質問できそうにありません（不思議そうな顔をされるか、「訳わからん事を言うな！」と一括されるか・・・）。このとき本当に、アレフ０とアレフ１の断絶を実感しました。

　こういう経験をしたので、アレフ０とアレフ１の階層化に納得されているなら、何故ひょいひょいと、アレフ１，２，３，・・・を許してもらえないのだろう？（やってる事は同じじゃないか）、というのが最初の感想でしたが、引っ掛かり所は、人それぞれですよね。

　上記の件は、連続性という無限濃度とは全然違うアプローチ（実数の位相的性質）から解決されます。この辺りから、数学に足を突っ込んで行きました。

　自分は「全単射　⇔　同濃度」にはすぐ納得しましたが、偶数の集合と整数の集合の間に全単射が成立する、という記述にぶつかった時には、自分も「これはちょっと受け入れ難い」と思ったのは事実です。しかし慣れとは恐ろしいもので、今では投稿したような軽口を叩いています。というのは、濃度や集合論の話は、やればやるほど、

　　「嘘かも知れないが、本当に良く出来た話だ・・・」

と思えるようになったからです。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

質問では、アレフ２以上の無限集合のイメージを問うてみたのですが、実際のところは、アレフ０であろうととも、「真部分集合でありながら一対一対応が存在する」という事実の方が違和感がありまます。

これは、実数からなる集合から、其の要素の一つを選択した時に、其の要素が有理数である確率が確立＝０であるという事実を知った時以来の驚き（＝違和感）です。

まあ、それだけ無限の世界は不可解な世界であり、有限の世界に生きている我々には違和感があるということなのでしょう。

お礼日時：2012/01/10 01:32

No.15 回答者： Tacosan 回答日時： 2011/12/30 00:00

「全単射の存在　⇔　同濃度」に同感できないということですが, 「A と B の間に全単射があればそれらの濃度は等しい」というのは濃度の「等しい」の定義なのでこれを受け入れないというのであれば新たな定義 (と新たな表現) を作ってください.

そして, 「実数からなる集合をRとする。Rにリンゴを加えた集合をXとする。」というとき, R と X の間に全単射を作ることができるわけですから「R と X の濃度は等しい」ということになります.

あと, ややこしいところですが「基数 (cardinal)」と別に「順序数 (ordinal)」というのがあって, 「基数は同じだけど順序数は違う」という状況を作ることができます.

余談ですが #13 からさらに進めて R-Z と R との全単射を考えると実は R×N と R との全単射に等価だったりします.

この回答へのお礼

何度もありがとうございます。

定義に挑戦したいわけではないのです。
定義は定義としてGivenで良いのですが、定義どおりの集合とはどんなものか、その定義からは辻褄があわない事例を示せるのではないか、との好奇心から質問させて頂きました。

定義「全単射の存在　⇔　同濃度」のうち、
「全単射の存在　⇒　同濃度」の部分には疑問を持ちません。
「同濃度　⇒　全単射の存在」の部分には、どうも例外が有りそうな気分なので、パイを除外してみてはどうか、リンゴを足してみてはどうか、などと質問してみました。

実際のところ、未だに「実数＋リンゴ」と「実数」の間には全単射があることを説明できません。
「自然数N＋リンゴ」が「自然数N」と一対一対応するのは説明できますが、連続体である実数の場合にはどう説明したものか？
自然数なら一つ穴があっても、以降、隣の数と一対一対応を続けることができますが、実数の集合Rは連続体ですから「隣の数」というものが存在しないので、この論法は使えないのではないか。
Nの場合は、N+1が隣の数ですが、Rの場合は何を＋したら隣の数になるのか？

また、アレフ０の集合同士の比較でも、腑に落ちないケースがあります。

自然数からなる集合をNとし、
素数からなる集合をPとすると、
PはNの部分集合であるが、無限集合であるからアレフ０です。同濃度だと言うと一対一対応があることになりますが、部分集合でありながら一対一対応ですか？
Pの要素がNの要素に対応に対応するのは自明です。しかし、１００兆∈NがPのどの要素に対応するのか不明です。つまり、P⇒Nが成立しながらも、N⇒Pが成立しないような気分なのです。無限集合であるがゆえの性質の何かを見落としているのでしょうか。

一方で、「素数は可付番だから濃度はアレフ０である」ということで、それ以上考える必要が無いことは判っているのですが、、、。

このへんの堂々巡りからなんとか脱出して、何の躊躇もなく、「素数の数は自然数の数と同じだ」と言えるようになりたいのです。

お礼日時：2011/12/31 11:37

No.14 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2011/12/29 12:30

　#12です。

＞沢山２の集合のイメージを掴んでみたいものだ、と思った次第です。

　これには「これ」というイメージはないでしょうね。絶対に見れないものを、見ようとしてる訳ですから。自分は、#3で述べたような危ないイメージを持ってます。#4さんの指摘だけでなく、これを「情報量」と結びつけて考えたい、という誘惑にかられます。・・・また一杯怒られそうだ・・・(^^)。


　ところでここでは、

　　・なんで全単射じゃ駄目なんですか？　（蓮舫さんじゃないですが・・・）

と質問してみます。

　　全単射の存在　⇔　同濃度．　　(1)

という「定義」は、自分には、とても自然に見えるからです。(1)は、日常生活で常に行っている、「指折り数える事」を抽象化した数学的表現だと思います。自分の5本の指と、5個の物体を、「余すところなく、１対１に対応付ける事」　⇔　「全単射」　という構図です。

　(1)の妥当性は、Ａ，Ｂが有限集合の場合は明らかです。実際、

　　・ＡからＢ，ＢからＡへの単射がともに存在する　⇔　全単射がある　⇔　同濃度（同じ個数）　　(2)

が成り立ちます。つまりＢの要素は、指（Ａ）以上あり、余りもなかったという当たり前の話です。問題はこれを、無限集合に持ち込んだら、どうなるか？です。

　Ａ，Ｂが無限集合の場合、ふつうの考えでは同濃度でないと考えられる集合間にも、(2)の、「最左辺　⇔　中辺」が成り立ってしまう（ベルンシュタインの定理）。卑近な例は、偶数全部の集合Ａと、整数全部の集合Ｂだと思います。

　ＡはＢを半分に抜粋したものだから、絶対にCrad(Ａ)＜Crad(Ｂ)に違いない、が普通の感覚です。しかし偶数ｍを、整数ｎで、ｍ＝2ｎと書いてしまうと、(2)の「最左辺　⇔　中辺」は明らかです。この時も(1)の妥当性を信じて、「中辺　⇔　最右辺」を認めるかどうかです。ここで立場は、概ね2つに分かれると思います。


　　(3)現行の集合論は、どこかおかしいのではないか？。有限で成り立つ(1)を、盲目的に無限に適用した結果がこれだ。偶数と整数の集合で、(1)は機能不全を起こしている。従って(2)は認められない。

　　(4)これはとても魅力的な事だ。「1，2，・・・沢山」の沢山の個数を、一般的に比較する手段が見つかった。沢山は階層化できる可能性がある。


　もちろん致命的な欠陥があれば、(1)は廃止されたはずです。そこで色々試されます。アレフ＋アレフ＝アレフの話が出たので、次の例をあげます。以下で、アレフ以下と書いたら、アレフ以下（有限含む）です。

　　・アレフ＋アレフ以下＝アレフ　　(5)
　　・アレフ×アレフ以下＝アレフ　　(6)

　(5)，(6)については、ベルンシュタインの定理などを援用して、一般的に全単射の存在を示せます。次に濃度の引き算，除算ですが、定義できません。それは解無しの意味でなく、不定解だからです。それは(5)を見れば明らかと思いますが、解は（一つではないが）ある事に注意して下さい。
　引き算（もどき）を考える場合は、不定解なので、特定の状況を用意する必要があります。例えば、アレフ＝Card(Ｒ)＝連続無限，アレフ以下＝Card(Ｑ)＝可算無限，Ｑ⊂Ｒは有理数の集合、という状況で考えます。(5)を見れば、答えにはすぐ見当が付きます。

　「本当は、こんな式は書いてはいけない」という但し書きのもと、

　　Card(Ｒ)－Card(Ｑ)＝Card(Ｒ)

です。なので、Ｒから素数全部を抜いたＲ’とＲの間には、全単射が必ず存在します。それは(5)の証明を、少々組み変えるだけです。

　(5)は、次のようにも読めます。連続無限にとって、可算無限は有限と変わらない。よって「連続無限－可算無限」⇒「連続無限－有限」⇒「連続無限－1」⇒「沢山－1」＝「沢山」となり、沢山は沢山だから全単射、という自分の呑気さの出所です(^^)。

　このように色々試されたのですが、数学の通常営業（？）に関しては、さしたる支障は出ませんでした。ただし、余り奔放にやると矛盾する事がわかったので、矛盾の出ない限界を「経験的に」定め、公理的集合論が登場します。そうなると次の問題は、経験的限界内では完璧に上手く行くのか？、ですが、

　　「「完璧に上手く行く保証を与える事は、無理」な事が、保証されてしまった」

という悩ましい状況です。なので、(3)の立場は、今でも「あり」なんです。その一つが、全ての無限集合を可算無限に抑える公理系の立て方です。無限の、沢山の階層化は許さん、とする立場です。


　最後に対角線論法ですが、(1)を妥当と認めたとしても、全ての無限集合の間に全単射が成り立ってしまったら、身も蓋もない話になります。そうでない例が、最初に対角線論法で発見され、整備してみると、とても強力な方法だとわかりました。対角線論法は、存在証明で「ない」事に注意して下さい。

　　ＡからＢへの全単射が存在すると、仮定する　⇒　矛盾する　⇒　ＡからＢへの全単射が「存在してはいけない」

です。だからCard(Ａ)＜Card(Ｂ)を示すような別の方法が無いとは、誰も言えない事になります。それは(1)に反するものかも知れません（望みは薄い気はしますが）。その望みの薄さを感じ取って、強力で一般的な保証を与えてくれる対角線論法を多用しているのが、実情と思えます。要するに#13さんの仰るように、ケースバイケースで事に当たってます・・・、自分は余り楽しくないですけど・・・。


　いずれにしろ日常感覚とは、かけ離れた話にはなります（・・・無限ですからね）。#13さんの仰るように、「数学は数学の事として語るのが良い」は、本当です。

　と言いつつ、自分はいつも逆だな、と今ちょっと思いました・・・(^^；)。

この回答へのお礼

再三のご教示ありがとうございます。

無限のことに関しては、他の分野ほど難解な定義を持ち込まなくても話が進むものですから、素人でも入り込めそうな気がするのです。
しかし、それもアレフ０とアレフ１（あるいは連続体の無限）までの話であって、アレフ２とか、それ以上の濃度を持つ無限には、一般的な感覚で取り組むことが出来ない領域なのでしょうね。

本を読んでいるだけでは気付かなかった事でも、自分の頭（未熟なる頭）で考えてみると、新しい発見があります。

今回は、下記の事をよく理解でしました。
自然数のからなる集合をNとします。
素数からなる集合をPとします。
両方とも可算無限で、アレフ０ですから、一対一の対応があります。
つまり、
P⊂Nであっても、PとNに全単射が存在する。

このことこそが、二つの集合が共に無限集合である場合のみに成立する特徴なのですね。

いろいろと示唆に富むご投稿に感謝します。

お礼日時：2011/12/31 12:51

No.13 回答者： alice_44 回答日時： 2011/12/29 09:41

基本的なことについては、また間違いを

やらかすといけないから、ひとことだけ。
AからBへの単射が存在する ⇔ AはB以上の濃度
は、これ自体が「濃度」の定義です。
府に落ちるとか、理解するとかいう話ではない。
ただ、知っておくだけのことです。

R''→R の全単射は、
No.10 と似たような感じに
x→x/p (xが素数pの累乗のとき)
x→x (それ以外のとき)
でもよいし、
更に穴を増やして、ハサミウチする手もあります。
R''' を R から自然数を除いた集合とすると、
R⊇R''⊇R''' より ♯R≧♯R''≧♯R''' ですが、
R'''→R の全単射
x→(1-x)/2 (xが奇数のとき)
x→x/2 (xが偶数のとき)
x→x (xが整数ではないとき)
が存在して、♯R=♯R''' です。
他にも、やり方はいくやでもあります。

いつでも濃度の比較ができるマニュアル式の
やり方はないので、厄介というか楽しいですが。

この回答へのお礼

再三のご教授ありがとうございます。

そうですか。MとNがおなじ濃度である場合には、必ず全単射ができるはずなんですね。

最後に一つだけおしえてください。
実数からなる集合をRとする。
Rにリンゴを加えた集合をXとする。
この場合、XはRよりも濃度が高い集合ってことになりますか？

もし、これがYESなら、原質問の
「直観的に理解できそうな実例を一個・二個、お示し頂けると、、、」
がクローズできそうです。

お礼日時：2011/12/29 10:43

No.12 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2011/12/28 20:06

　#3です。

基本的なところと思えるので、確認してみたくなりました。


＞無限集合を比較する時には、単写できるかどうかで、濃度が同一か否かの議論はできないなと思うわけです。

　単射では駄目です。そのような事は、偶数から自然数への「不味い」写像の例などで、既にご経験済みの事と思います。全単射でないと駄目です。単射になる写像f：Ａ→Ｂの存在を示しただけでは、Card(Ａ)≦Card(Ｂ)しか言えません。これは有限集合を考えたら、明らかと思います。

　全単射の存在　⇔　同濃度．

を、違和感なく納得なさっているのでしょうか？。そうであれば、自分としては何も言う事はありません。


＞R'からRに単写（全単射　←　自分の追記です）できまませんが、・・・

　それとも例えば、R'からRへの全単射が「なさそうに見えた」、というところが「腑に落ちない原因」だったのでしょうか？。確かにある任意の集合からある集合への全単射の存在を示すには、苦労する場合もあります。それは、#9～#11さんの応答を読めば、わかると思いますが、こういう場合に自分は、数学専門ではないので、次のように「気楽」に考えてしまいます。

　無限の定義には数種類ありますが、最もわかりやすいのは、次だと思います。

　　・無限とは、有限でない事．

　この定義の前には、有限に関する厳密な数学的定義はもちろん必要な訳ですが、これは言い当て妙だと思います。つまりこの定義は、「1，2，3，・・・，沢山」という数え方と同じです。無限は計数不能だ、という定義です。
　だとしたら、計数不能なＲから、一点πくらい除いたって、「沢山－1」も「沢山」＝「計数不能」＝「無限」なんだから、「R'からRへの全単射が存在するに違いない」という感覚を持ってしまいます。

　もちろんこの全単射を、ふつうの意味で具体的に構成できない場合もあるでしょう。しかし「選択公理」でも持ちだせば、「非構成的に存在する事は示せるさ」、とも思ってしまう訳です（←その証明を、やりもしないくせに）。お気楽過ぎるのかなぁ～、と時々自分でも思います。どうしてかと言うと、濃度の一つの定義は、以下だからです。

　　・2つの集合間に全単射が存在する、という関係は、同値関係を満たす．
　　・なので、その同値類の代表元（集合）をＡとした時、Ａが属する同値類をＣとして、Card(Ａ)＝Ｃと「みなせる」．
　　・これをCard(Ａ)の定義にしよう！、となるからです。


　どうでしょうか？。

この回答へのお礼

再投稿ありがとうございます。

　全単射の存在　⇔　同濃度．

上記に全く同感できません。
ですので、実数の濃度が加算濃度と異なることの証明が二種類あって、そのうち、対角線論法を使用しない方、極限値をもとめる方法でアレフ０とアレフの違いまでは納得くしておりました。

すなわち、
「1，2，3，・・・，沢山０、沢山」という区別ですね。

ところが、今回、ひょんなところでアレフ２なる記述に出会いました。

言いかえると「1，2，3，・・・，沢山０、沢山１、沢山２、、、」という事を示唆されたのものですから、沢山１と沢山２は何が違うんねん？　沢山２の集合のイメージを掴んでみたいものだ、と思った次第です。

ちなみに、
　・無限とは、有限でない事．

この定義は、二三年前にカントールの話が書いてある本、
「大人のための数学(3)　無限への飛翔　集合論の誕生」を読むまでは、疑問を持っていませんでした。

無限とは有限の否定概念であるという単一概念であり、濃度の違いなど解像度良く無限を観たことはありませんでした。

上記の本に出会ったおかげで、無限の概念に対する解像度が向上したのですが、沢山１と沢山２の違いは未だに腑に落ちませんねぇ。

お礼日時：2011/12/28 21:17

No.11 回答者： Tacosan 回答日時： 2011/12/28 17:04

そうか, π のところにあいているあなを上から埋めるだけでいいんだ＞#10. ただまあ「濃度が実数と等しい任意の集合から実数全体への全単射が常に作れるか」といわれると困りますが.

ついでに: #8 へのお礼で「両者の濃度はともにアレフ１だと思います」と書いてありますが, #6 で既に書かれているように「実数の濃度が『アレフ1』かどうか」は決められません. アレフ1 と仮定してもいいしそうではないと仮定してもいい.

この回答へのお礼

ありがとうございます。

連続体仮説っちゅうやつですね。
私としては、自然数の集合の濃度の、実数の集合濃度が分かっておって、その中間の濃度を持つ集合がみつかるまでは、アレフがアレフ１だと仮定して暮しておればよいと思います。

お礼日時：2011/12/29 11:51

No.10 回答者： alice_44 回答日時： 2011/12/28 16:34

A No.5 でスカタンをやらかした者です。

巾集合の間違いは、
質問者自身で直してもらうとして、

R’→R の全単射は、
x→x-π (x/πが自然数のとき)
x→x (x/πが自然数ではないとき)
でも済むのでは？

この回答へのお礼

重ねてご指導ありがとうございます。

べき集合の要素に関しては、別途、参考書を探すことにいたします。空集合の扱いも勉強してみます。

問題が発散しない様、対角線論法の根拠になっていると思われる
「二つの集合の間で一対一対応が見いだせない→二つの集合の濃度が同じではない」-----（命題１）
というロジックに絞ってご教示ください。

前回、反証になるかと思って挙げた「パイ抜き集合」では弱いので、今回はパイとチーズケーキを除外、、、ではなくて、もっと大量に、すべの素数（＝無限集合）を除外した集合を考えます。

実数からなる集合をRとします。
集合Rからすべての素数を除外した集合をR"とします。

R"からRへの単射はできるでしょうか？　
出来ないと言う前提で申しあげると、下記の命題が真になります。

「RとR"は単射できなくても同じ濃度を持った無限集合である」
よって二つの集合が無限集合である場合、命題１は偽である。

二つの集合がともに有限集合である場合には、「単射ができない→基数が異なる」といえます。
しかし、無限集合の濃度の場合は、アレフ＋アレフ＝アレフという演算が可能です。
したがって、一対一対応の有無をもって、濃度の同一性を断じることは出来ないと思います。

この点が十分に理解できない為に、「対角線論法で証明される」という行（くだり）が腹に落ちません。頭でも理解できません。

お礼日時：2011/12/28 20:47

No.9 回答者： Tacosan 回答日時： 2011/12/28 15:29

前者は明らかにあなたの勘違い. さらにいうと文章もおかしい. たとえば

「Aの要素がaとｂのとき、P(A)の要素は{a,b,(a,b)}の三つですが」
と書かれていますが
・「Aの要素がaとｂ」と書くなら「P(A)の要素は{a,b,(a,b)}の三つ」はおかしい. 前者の書き方で「A が a と b の 2個の要素からなる」というのであれば, 後者は「P(A) の要素は『{a,b,(a,b)}』の 1つ」としなければ書き方の整合性が取れない.
・「P(A) の要素」を a, b, (a, b) の 3つであるとしてもおかしい. A のべき集合は「A のすべての部分集合からなる集合」なので, (A の要素である) a や b が A のべき集合の要素となることはあり得ない. (a, b) も集合ではない以上「べき集合の要素」としては不適切.
・そこをそれなりに解釈しても, なお「A の部分集合を完全に列挙できていない」という問題は残っている. ここではあえて「何を忘れているか」は指摘しないままにしておきます.

で後者ですが, R' から R への単射は構成できます. まず, 正の実数の集合 R^+ からすべての実数 R への全単射は存在します (対数関数) し, {-1, +1}×R から R への全単射も作れます. そして R' から {-1, +1}×R^+ への全単射も作れる (x-π の符号と絶対値を考える) ので, これらを組み合わせれば「R' から R への全単射」になりますね.

この回答へのお礼

重ねてご指導ありがとうございます。

べき集合の要素に関しては、別途、参考書を探すことにいたします。空集合の扱いも勉強してみます。

問題が発散しない様、対角線論法の根拠になっていると思われる
「二つの集合の間で一対一対応が見いだせない→二つの集合の濃度が同じではない」-----（命題１）
というロジックに絞ってご教示ください。

前回、反証になるかと思って挙げた「パイ抜き集合」では弱いので、今回はパイとチーズケーキを除外、、、ではなくて、もっと大量に、すべの素数（＝無限集合）を除外した集合を考えます。

実数からなる集合をRとします。
集合Rからすべての素数を除外した集合をR"とします。

R"からRへの単射はできるでしょうか？　
出来ないと言う前提で申しあげると、下記の命題が真になります。

「RとR"は単射できなくても同じ濃度を持った無限集合である」
よって二つの集合が無限集合である場合、命題１は偽である。

二つの集合がともに有限集合である場合には、「単射ができない→基数が異なる」といえます。
しかし、無限集合の濃度の場合は、アレフ＋アレフ＝アレフという演算が可能です。
したがって、一対一対応の有無をもって、濃度の同一性を断じることは出来ないと思います。

この点が十分に理解できない為に、「対角線論法で証明される」という行（くだり）が腹に落ちません。頭でも理解できません。

お礼日時：2011/12/28 20:47

No.8 回答者： Tacosan 回答日時： 2011/12/28 11:31

まず突っ込ませてもらうと, 「有限集合Aの要素の数が１の場合、P(A)の要素の数も１であり」というのは何かを勘違いしていると思います. A = {a} のとき P(A) の要素をすべて列挙してみてください.

あと, その「おとなのための数学(3)」という本は持っていないのですが, Map（{０，１}、M) はおそらく「M から {0, 1} への写像全体の集合」ですよね. なら, 「カントールの定理」の証明はおそらく対角線論法でしょう. 証明がどう記述されていてどこで「腑に落ちない」のかを書いてくれれば, 概略を説明するかもしれません... とはいえ, R=2^N であることを認めてしまえば本質的に「N と R の間に 1対1 の対応が作れない」という対角線論法と同じだけど.

この回答へのお礼

再度のご投稿ありがとうございます。

Aの要素がaとｂのとき、P(A)の要素は{a,b,(a,b)}の三つですが、
Aの要素がa唯ひとつのとき、P(A)の要素も{a}の唯ひとつとなり、基数が同じと思います。

次に、上記の本での証明ですが、集合Mの要素を入力として、０か１の出力を返すブール関数φを定義します。またφの値との排他的論理和が常に真であるブール関数ωを定義します。φとωを要素とする集合は集合Mから単写できないことから、いかなる集合Mよりも、より濃度の高い集合が定義可能である、と説明しているようです。（本の記述そのものではなく、自分の理解で、自分の言葉で書いてみました）

私の理解は、上記のMが有限集合である場合には異論がありませんが、無限集合である場合に、単写できない→濃度が高い、というロジックが理解できません。
一例をあげると、実数からなる集合Rと、Rの要素からπ（円周率）を除外した集合R’を定義すると、R'からRに単写できまませんが、両者の濃度はともにアレフ１だと思います。
つまり、無限集合を比較する時には、単写できるかどうかで、濃度が同一か否かの議論はできないなと思うわけです。

お礼日時：2011/12/28 12:49