الرياضيات · المسرد

ما معنى تساوي القوة، قابلية العد؟

يُعرف أيضًا باسم: تساوي القوة · مجموعة قابلة للعد

تعريف 1.5 الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 1 — المجموعات والبنى

تكون مجموعتان متساويتي القوة إذا وُجد تقابل بينهما. وتكون مجموعة قابلة للعد إذا كانت مساوية القوة للمجموعة N\N (يُدرج بعض المؤلفين المجموعات المنتهية؛ نقول نحن قابلة للعد على الأكثر بمعنى “منتهية أو قابلة للعد”).

أمثلة

مثال 1.7 (دالة ازدواج، محسوبة)

التقابل (p,q)2p(2q+1)1(p, q) \mapsto 2^p(2q + 1) - 1 الوارد في البرهان جدير بأن نراه في العمل. وهذه قيمه الأولى:

q=0q=1q=2q=3q=4p=002468p=11591317p=2311192735p=3723395571\begin{array}{c|ccccc} & q = 0 & q = 1 & q = 2 & q = 3 & q = 4\\ \hline p = 0 & 0 & 2 & 4 & 6 & 8\\ p = 1 & 1 & 5 & 9 & 13 & 17\\ p = 2 & 3 & 11 & 19 & 27 & 35\\ p = 3 & 7 & 23 & 39 & 55 & 71 \end{array}

يجمع السطر pp الأعداد الصحيحة nn التي يقبل من أجلها n+1n + 1 القسمة تمامًا على 2p2^p: فكل عدد طبيعي يظهر مرة واحدة بالضبط. وفكّ الترميز صريح كترميزه: من أجل n=43n = 43، نفكك n+1=44=2211=22(25+1)n + 1 = 44 = 2^2\cdot 11 = 2^2(2\cdot5 + 1)، ومنه (p,q)=(2,5)(p, q) = (2, 5). والفكرة الختامية: براهين قابلية العد كثيرًا ما تكون خوارزميات متخفية — وهي هنا “أخرِج قوى العدد 2”.

مثال 1.8 (الأعداد الجبرية قابلة للعد)

يكون عدد عقدي جبريًا إذا أعدم كثير حدود غير معدوم بمعاملات ناطقة. ومجموعة الأعداد الجبرية Q\overline\Q قابلة للعد: فكثيرات الحدود من الدرجة d\leq d على Q\Q تنغرس في Qd+1\Q^{d+1}، وهو جداء منته لمجموعات قابلة للعد (القضية 1.6 (2))؛ والاتحاد على dd يُعدّد كثيرات الحدود الناطقة غير المعدومة على الصورة P0,P1,P2,P_0, P_1, P_2, \dots؛ ولكل PkP_k عدد منته من الجذور؛ و

Q=kN {جذور Pk}\overline\Q = \bigcup_{k \in \N}\ \{\text{جذور } P_k\}

هو اتحاد قابل للعد لمجموعات منتهية (القضية 1.6 (3))، وهو غير منته لأنه يحتوي Q\Q. وباقتران ذلك بعدم قابلية R\R للعد (المبرهنة 1.9 أدناه)، نبرهن — دون إبراز عدد واحد — على وجود الأعداد المتسامية وعلى أنها تشكّل الأغلبية غير القابلة للعد: إنها حجة العدّ عند كانتور سنة 1874، وجودٌ بالقوة وحدها.

مثال 1.11

(0,1)\intoo{0}{1} و[0,1]\intcc{0}{1} متساويتا القوة: فالمطابق يغرس في اتجاه، وxx+13x \mapsto \frac{x + 1}{3} في الاتجاه الآخر؛ والمبرهنة تصنع التقابل (غير المتصل بالضرورة). وكذلك R\R و(0,1)\intoo{0}{1} (بتقابلات من نمط tanh\tanh) و P(N)\mathcal{P}(\N) (بالنشر الثنائي، التمرين 1.3) كلها متساوية القوة: إنها “قوة المتصل”.

اقرأ في الفصل ←