如何將點集 0,1 表示為c(連續統的勢)個無共同點的完全集(Perfect set)的並集?

時間 2021-05-30 18:07:32

1樓:雨雪晴

設f:[0,1]---->[0,1]^2是皮亞諾曲線(填滿方形的連續曲線),對任意x\in[0,1],令A_x=f^(×[0,1]),即為所求。

再來。先用類似於康托三分集的方法,只不過每次挖去的中間的那個區間都是閉區間。挖去的閉區間總共是可數個,每個當然都是完全集。

剩下的區間是康托集的乙個子集,就是三進製展開後只用到0,2,但0和2都取無窮多次的那些數的集合。這個集合同胚於可數無窮個自然數空間(離散拓撲)的乘積(乘積拓撲)。這樣就好辦了。

自然數寫成A_1=, A_2=,…,A_n=…的並(就是每兩個數歸為一組)。這個時候,整個可數無窮個自然數空間的乘積就可以寫成所有形如A_×A_×…×A_×…的並,每乙個都是同胚於康托集,是緊的無孤立點的集合,因為在同胚於到原來的[0,1]裡的子集時也是緊的無孤立點,從而是完全集。每個分量都是可數無窮個選擇,所以總共有c那麼多個這種集合。

再算上開始的那可數個中間的閉區間,就把[0,1]寫成了c個完全集的並。

注:以下的方法有漏洞。

換一種簡單的方法:

對任意的乙個0-1序列 _^" eeimg="1"/>,記 。

如果 _^" eeimg="1"/>滿足存在無窮多個 ,使 也存在無窮多個 ,使

則直接令

對於充分大後都為0或都為1的0-1序列,將 與 視為一對」戀人」,如果 與 為一對戀人,那麼令 }=A_}\cup A_}" eeimg="1"/>

不難證明: 到 的對映 )=\sum_^\frac" eeimg="1"/>為連續對映,並且由熟知的二進位制展開的結論,當且僅當 與 是一對戀人。而 是緊的,所以這個對映也為閉對映。

由於 中那些固定偶數字的集合是完全集,於是可以得到每個 都是完全集, 當 與 是一對戀人時,}" eeimg="1"/>也是完全集。

時, 必有 與 是一對戀人。

這樣: }|\textbf,\textbf是一對戀人\}" eeimg="1"/>

就是所求的含 個完全集的集族,他們的並是

2樓:青眼

可以從以下三個任務思考:

將 (或者任意閉區間 ,因為完全集經過線性變換仍是完全集)直接表為 個完全集的無交並;

將 (或任意有界左閉右開區間 )表為 個完全集的無交並,再補充上 即得題解;

將 (或任意有界開區間 )表為 個完全集的無交並,然後補充上 與 即得題解。

我的解法實際上完成了任務2。

任意取定和為1的正項級數:

,這裡不妨取

, ;同時,為使後續表達嚴謹,補充定義 。

對於任意閉區間 ,記 ,定義操作「s-分割」如下:

從區間左端起首尾相銜地依次劃分出長度為 的子閉區間,

並且賦予其相應正整數標號,即標號為 的子閉區間為

, ;注意這一族子閉區間是覆蓋 的,但不屬於其中任一子閉區間

現給出如下定義:

對於任意正整數 ,定義,,

,,對於任意 元 正整數組 ,定義,,

,;對於任意正整數列 ,定義 ;

有如下事實:

是 個長度不大於 且互不相交的閉區間之並;

利用數學歸納法不難證明這一點,此處不贅述。

形象地,構造 的過程可用 層完全二叉樹描述:

第0層的根節點對應閉區間 ;

設第 層 某節點 對應的閉區間 ,

分別對 和 進行s-分割

那麼 的兩個子節點就分別對應兩個s-分割產生的標號為 的子閉區間;

於是第 層節點對應的閉區間之並就是 ,

即 是這種二叉樹的「生長」過程。

記 ,易推知

(特別地, ),

且對於 ,有 (特別地, )。

是完全集;

一方面, 是閉集的交,因此是閉集。

另一方面,設 , 是任意正數;

下面證明存在 , 滿足 :

取正整數 滿足 ,由 知

有唯一 滿足 , ;又 ,於是

恰有 , , 滿足 或

( 與 就是對 二等分且分別s-分割後左右兩個標號為 的子閉區間),

不失一般性,設 ,則 ;

記 , ,

令 , , ,

用數學歸納法易證 是閉區間套,於是有唯一 ,

而 , ,

對比 和 得

即 ;顯然 , ,

因此 無孤立點,從而是完全集。

類似地, 的構造過程可通過一棵深度無限的完全二叉樹描述,樹中每個節點對應乙個閉區間,且對於每條從根節點向下無限延伸的路徑,其依次經過的節點各自所對應的閉區間構成乙個閉區間套,而這些閉區間套各自所唯一確定的實數構成了 。

覆蓋 ;

設 :由 知存在唯一正整數 滿足 ,

再由 知存在唯一正整數 滿足 ,

又由 知存在唯一正整數 滿足 ,......

如此類推,得到唯一正整數列 滿足: ;

於是 ,從而 。

中不同元素互不相交;

設 和 是不同的正整數列:

記 是滿足 的最小正整數,不妨記 ,

( 的退化情形下文不再特別寫出),於是由 知,,

而 ,故 。

的勢是 ;

這是因為全體正整數列構成之集合的勢是 。

至此,任務2完成。

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