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笛卡儿积

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的笛卡尔积

数学中,两个集合笛卡儿积(英語:Cartesian product),又称直积,在集合论中表示为,是所有可能的有序对組成的集合,其中有序對的第一个对象是的成员,第二个对象是的成员。

舉個實例,如果集合是13个元素的点数集合,而集合是4个元素的花色集合♠, ♥, ♦, ♣,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

笛卡儿积得名于笛卡儿,因為這概念是由他建立的解析几何引申出來。

笛卡儿积的性质

易见笛卡儿积满足下列性质:

  • 对于任意集合,根据定义有
  • 一般来说笛卡儿积不满足交换律结合律
  • 笛卡儿积对集合的满足分配律,即
  • 若一個集合包含有無限多的元素,那這個集合對自身的笛卡爾積有和一樣多的元素。

笛卡儿平方和n元乘积

集合笛卡儿平方(或二元笛卡儿积)是笛卡儿积。一个例子是二维平面,(这里实数集) - 它包含所有的点,这里的是实数(参见笛卡儿坐标系)。

为了幫助枚舉,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。

可以推广到在个集合上的n-元笛卡儿积:

实际上,它可以被等同为。它是n-元组的集合。

一个例子是欧几里得三维空间,这里的同樣是指实数集。

无穷乘积

有限個集合可以看成某個一對一的有限集合序列 (因為序列是種以自然数系 為定義域的函數),而 值域恰好是預備要依序進行笛卡儿积的所有集合,換句話說:

這樣的話,若有函数 滿足:

那就等價於

換句話說,函数 可以看做 裡的一個n-元组,而這就是以下無窮乘積定義的直觀動機:

定義 — 集合族 的指标集,換句話說有指標函数 讓二者等势

那以下的函数

被稱為集合族 關於指标函數 无穷乘积

更進一步的,若此時取一 ,則以下定義的函數

被稱為 投影映射

在无限情况,一個令人熟悉的特例是,當索引集合是自然数集的时候:这正是其中第i项对应于集合的所有无限序列的集合。再次,提供了这样的一个例子:

是实数的无限序列的搜集,可視之为带有無限個构件的向量或元组。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”。這樣,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IX的所有函数的集合。

在別的情況,无限笛卡儿积就不那麼直觀了;尽管在高等数学中的應用有其价值。

“非空集合的任意非空搜集的笛卡儿积为非空”這一陳述等价于选择公理

函数的笛卡儿积

如果是从的函数,而是从的函数,则它们的笛卡儿积是从的函数,带有

跟之前類似,函数的笛卡儿积也可以扩展到函数的元组和无限情況。

参见

外部链接