笛卡儿积
笛卡儿积
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在数学中,两个集合formula_1和formula_2的笛卡儿积(),又称直积,在集合论中表示为formula_3,是所有可能的有序对组成的集合,其中有序对的第一个对象是formula_4的成员,第二个对象是formula_5的成员。
formula_6。
举个实例,如果集合formula_4是13个元素的点数集合formula_8,而集合formula_5是4个元素的花色集合formula_10♠, ♥, ♦, ♣formula_11,则这两个集合的笛卡儿积是有52个元素的标准扑克牌的集合formula_12♠formula_13♠formula_14♠formula_15♣formula_16♣formula_17♣formula_18。
笛卡儿积得名于笛卡儿,因为这概念是由他建立的解析几何引申出来。
笛卡儿积的性质.
易见笛卡儿积满足下列性质:
formula_21
formula_22
formula_23
formula_24
formula_25
笛卡儿平方和n元乘积.
集合formula_1的笛卡儿平方(或二元笛卡儿积)是笛卡儿积formula_30。一个例子是二维平面formula_31,(这里formula_32是实数集) - 它包含所有的点formula_33,这里的formula_34和formula_35是实数(参见笛卡儿坐标系)。
为了帮助枚举,可绘制一个表格。一个集合作为行而另一个集合作为列,从行和列的集合选择元素,以形成有序对作为表的单元格。
可以推广到在formula_36个集合formula_37上的"n"-元笛卡儿积:
formula_38。
实际上,它可以被等同为formula_39。它是"n"-元组的集合。
一个例子是欧几里得三维空间formula_40,这里的formula_32同样是指实数集。
无穷乘积.
有限个集合可以看成某个一对一的有限集合序列 formula_42(因为序列是种以自然数系 formula_43 为定义域的函数),而 formula_34 的值域恰好是预备要依序进行笛卡儿积的所有集合,换句话说:
formula_45
formula_46
这样的话,若有函数 formula_47 满足:
formula_48
那就等价于
formula_49
换句话说,函数 formula_50 可以看做 formula_51 里的一个"n"-元组,而这就是以下无穷乘积定义的直观动机:
定义 — 若 formula_52 是集合族 formula_53 的指标集,换句话说有指标函数 formula_34 让二者等势:
formula_55
那以下的函数族
formula_56的时候:这正是其中第"i"项对应于集合"formula_57"的所有无限序列的集合。再次,formula_58提供了这样的一个例子:
formula_59
是实数的无限序列的搜集,可视之为带有无限个构件的向量或元组。另一个特殊情况(上述例子也满足它)是在乘积中的各因子"Xi"都是相同的时候,类似于“笛卡儿指数”。这样,在最先定义中的无限并集自身就是这个集合自身,而其他条件被平凡的满足了,所以这正是从"I"到"X"的所有函数的集合。
在别的情况,无限笛卡儿积就不那么直观了;尽管在高等数学中的应用有其价值。
“非空集合的任意非空搜集的笛卡儿积为非空”这一陈述等价于选择公理。
函数的笛卡儿积.
如果formula_50是从formula_19到formula_62的函数,而formula_63是从formula_1到formula_2的函数,则它们的笛卡儿积formula_66是从formula_67到formula_68的函数,带有
formula_69
跟之前类似,函数的笛卡儿积也可以扩展到函数的元组和无限情况。