Может быть, я выберу время и напишу рецензию на часть статьи Зенкина с соответствующими цитатами и ссылками. Всю статью разбирать заведомо не буду, жалко тратить время на ерунду.
Вот пообещал. Даже начал писать. И понял, что, во избежание ненужных споров, нужно сформулировать соответствующие определения. Эти определения могут иметь разные варианты, поэтому, если кто-то привык к другому варианту, прошу в этой теме со мной в спор не вступать. Эти определения каждому, кто разбирался в теории множеств, должны быть хорошо знакомы, поэтому прошу прощения за банальности.
1. Натуральный ряд я буду определять как множество
положительных целых чисел.
В теории множеств в натуральный ряд принято включать и число
. При этом натуральные числа отождествляются с определёнными множествами:
, и если натуральное число
уже определено, то
. В результате каждое натуральное число
представляет собой множество всех натуральных чисел, меньших
. Это создаёт определённые удобства, но я буду придерживаться старинного определения.
2. Для каждого натурального числа
определён
отрезок натурального ряда - множество
(обозначение не является сколько-нибудь распространённым).
Множество
содержит
элемент. В частности,
,
,
, и так далее.
3. Говорят, что задано
отображение множества
в множество
, если каждому элементу
поставлен в соответствие определённый элемент
; этот элемент
обозначается
(или просто
) и называется значением отображения
в точке
.
В теории множеств отображение формализуется как подмножество
произведения
, обладающее тем свойством, что для каждого элемента
существует единственный элемент
, для которого
.
4. Множество
называется также
графиком отображения
.
Термин "
функция" обычно считается равнозначным термину "отображение", но иногда под функцией понимают отображение в числовое поле или в векторное пространство над таким полем (
вектор-фунция). Я буду считать термины "функция" и "отображение" полностью взаимозаменяемыми.
5. Множество
называется
множеством значений отображения
:
тогда и только тогда, когда существует такой элемент
, что
.
6. Для произвольного множества
множество
называется
образом множества
при отображении
.
Множество всех отображений множества
в множество
обозначается
.
7. Отображение
называется
сюръективным, если
, то есть, для каждого
существует такой
, что
.
8. Отображение
называется
инъективным, если отображение
принимает каждое своё значение только один раз, то есть, если
,
и
, то
.
9. Отображение
называется
взаимно однозначным отображением множества
на множество
, если оно одновременно инъективно и сюръективно.
Термины "инъективное" и "сюръективное" по-русски звучат, конечно, ужасно. По-русски сюръективное отображение
называют отображением множества
на множество
(и пишут
), а инъективное - взаимно однозначным отображением множества
в множество
(в обоих случаях следите за предлогами) или взаимно однозначным отображением множества
на подмножество множества
(или на свой образ, или на множество значений).
10. Последовательностью элементов множества
называется отображение
; вместо
, где
, значения последовательности обычно обозначают
и называют их
членами последовательности.
Таким образом, последовательность элементов множества
- это элемент множества
.
11. Аналогично,
конечная последовательность элементов множества
- это отображение
некоторого отрезка натурального ряда
в множество
.
Вместо обозначения
для множества конечных последовательностей используется более простое обозначение
(считая при этом, что
состоит из одного элемента - пустой последовательности).
Если употребляется термин "конечная последовательность", то естественно напрашивается и термин "
бесконечная последовательность" по отношению к последовательностям, определённым на множестве
.
12. Множества
и
называются
равномощными, если существует взаимно однозначное отображение
множества
на множество
.
13. Класс всех множеств, равномощных множеству
, называется
мощностью, или
кардиналом множества
и обозначается
.
Вообще говоря, хочется иметь какое-нибудь стандартное множество для каждой мощности, но этот вопрос выходит далеко за рамки данной темы. Но для некоторых мощностей такие стандартные множества можно указать.
14. Множество
называется
конечным, если оно равномощно какому-нибудь отрезку натурального ряда, то есть, существуют натуральное число
и (конечная) последовательность
, удовлетворяющие следующим условиям: все члены последовательности
попарно различны, причём, для каждого
найдётся такое
, что
.
Для конечных множеств мощность интерпретируется как число элементов. Таким образом, если множество
равномощно отрезку
, то
.
При стандартном для теории множеств определении натуральных чисел множество называется конечным, если оно равномощно некоторому натуральному числу, причём, мощность множества именно этому числу и равна.
Определение бесконечного множества получается отрицанием условия, указанного в определении конечного множества.
15. Множество
называется
бесконечным, если оно не равномощно никакому отрезку натурального ряда, то есть, для каждого
и для каждой последовательности
с попарно различными членами найдётся такой элемент
, что
для всех
.
16. Множество
называется счётным, если оно равномощно натуральному ряду
, то есть, существует последовательность
, удовлетворяющая следующим условиям: все члены последовательности
попарно различны, причём, для каждого
найдётся такое
, что
.
17. Множество
называется
не более чем счётным, если оно конечно или счётно.
Иногда конечные множества тоже называют счётными, то есть, изменяют определение счётного множества. Тогда термин "не более чем счётное" не нужен, но зато появляется термин "бесконечное счётное" (или "счётное бесконечное").
Теорема. Непустое множество не более чем счётно тогда и только тогда, когда существует последовательность , удовлетворяющая следующему условию: для каждого элемента найдётся такое натуральное число , что .Оговорка насчёт непустоты множества нужна потому, что для пустого множества
вообще не существует последовательностей
(правда, существует единственная конечная (пустая) последовательность
).
Теперь в качестве определения несчётного, то есть, "более чем счётного" множества можно взять отрицание свойства, сформулированного в рассмотренной теореме.
18. Непустое множество
называется
несчётным, если для каждой последовательности
найдётся такой элемент
, что
для всех
.
Теорема. Бесконечное множество
является несчётным тогда и только тогда, когда для каждой последовательности
с попарно различными членами найдётся такой элемент
, что
для всех
.
Оговорка насчёт бесконечности множества нужна потому, что для конечного множества нет последовательностей
с попарно различными членами.
Доказательства обеих теорем несложные, но если у кого-то возникнут трудности, могу эти доказательства написать. Аксиома выбора для этих доказательств не требуется.
Свойство, сформулированное в последней теореме, также можно принять за определение несчётного множества. Это свойство является отрицанием свойства, сформулированного в определении счётного множества.
19. Бесконечное множество
называется
несчётным, если для каждой последовательности
с попарно различными членами найдётся такой элемент
, что
для всех
.
Таким образом, у нас есть два эквивалентных определения несчётного множества. Естественно, пользоваться можно любым из них.