并集
并集
在集合论和数学的其他分支中,一群集合的并集,是以这群集合的所有元素来构成的集合。
有限联集.
联集是由公理化集合论的分类公理来确保其唯一存在的特定集合 formula_1 :
formula_2
也就是直观上:
「对所有 formula_3 , formula_4 等价于 formula_5 或 formula_6」
举例:
集合formula_7和formula_8的并集是formula_9。数formula_10不属于素数集合formula_11和偶数集合formula_12的并集,因为formula_10既不是素数,也不是偶数。
更通常的,多个集合的并集可以这样定义:
例如,formula_14和formula_15的并集含有所有formula_16的元素,所有formula_17的元素和所有formula_15的元素,而没有其他元素。形式上:
formula_3是formula_20的元素,当且仅当formula_3属于formula_16或formula_3属于formula_17或formula_3属于formula_15。
代数性质.
二元并集(两个集合的并集)是一种结合运算,即
formula_27。事实上,formula_20也等于这两个集合,因此圆括号在仅进行并集运算的时候可以省略。
相似的,并集运算满足交换律,即集合的顺序任意。
空集是并集运算的单位元。即formula_29,对任意集合formula_16。可以将空集当作零个集合的并集。
结合交集和补集运算,并集运算使任意幂集成为布尔代数。例如,并集和交集相互满足分配律,而且这三种运算满足德·摩根律。若将并集运算换成对称差运算,可以获得相应的布尔环。
无限并集.
由公理化集合论的并集公理,有唯一的集合 formula_31 满足:
formula_32
也就是直观上「对所有 formula_33 和所有 formula_3 , formula_35 等价于有某个 formula_33 的下属集合 formula_16 ,使得formula_5」。以上的 formula_33 可以直观的视为一个集合族,而把 formula_31 看成对 formula_33 内的集合取并集,但这个公理并没有对 formula_33 下属集合的数量做出任何限制,所以这个 formula_31 被俗称为任意并集或无限并集。
若 formula_44 ,会称 formula_45 被 formula_33 覆盖(cover),也就是直观上可以用 formula_33 里的所有集合叠起来盖住 formula_45。
例如:
对 formula_49,formula_50 ,若 formula_51是空集, formula_31 也是空集。
无限并集有多种表示方法:
可模仿求和符号记为
formula_53。
但大多数人会假设指标集 formula_54 的存在,换句话说
若 formula_55 则 formula_56
在指标集 formula_54 是自然数系 formula_58 的情况下,更可以仿无穷级数来表示,也就是说:
若 formula_59 则 formula_60
也可以更粗略直观的将 formula_61 写作formula_62。
无限并集的性质.
定理(0) —
formula_63
比较性质.
定理(1) —
formula_64
覆盖性质.
定理(2) —
formula_65
「formula_16 正好就是其幂集的联集」,这个定理直观上可理解成,因为幂集 formula_67 是以 formula_16 和 formula_16 的子集为元素,所以 formula_67 的联集理当是 formula_16 。
定理(3) —
formula_72
直观上,这个定理说「一群集合的联集包含于 formula_16 ,则它们个个都包含于 formula_16 」
定理(4) —
formula_75
直观上,这个定理说「集族 formula_33 的联集为 formula_16 ,则对 formula_16 的每点 formula_79 ,都可从 formula_33 里找到一个 formula_79 的邻域 formula_51 ,且这个邻域不会比 formula_16 大 」
运算性质.
定理(5) —
若
formula_84
定理(6) —
formula_85,若对自然数 formula_86 做以下的符号定义:
formula_87。