集合族family of sets、集合列の性質

[トピック一覧:集合族/列の性質]
 ・union∪の性質(集合族の場合/有限個の集合列の場合/無限個の集合列の場合)
 ・intersection∩の性質(集合族の場合/有限個の集合列の場合/無限個の集合列の場合)
 ・分配律(集合族の場合/有限個の集合列の場合/無限個の集合列の場合)
 ・ド・モルガン則(集合族の場合/有限個の集合列の場合/無限個の集合列の場合)

※集合族・集合列についての関連ページ:集合族・集合列の定義/写像と集合族・集合列の性質

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1.和集合unionの性質

1a.集合族の場合  


・


集合族{Aλ}λ∈Λ におけるすべてのAλを含む様々な集合のなかで、
集合族{Aλ}λ∈Λ の和集合が最小。

[文献]

 ・松坂『集合・位相入門』第1章§5.C (p. 45);

・

集合族{Aλ}λ∈ΛにおけるすべてのAλを、「集合族{Aλ}λ∈Λの和集合」は含む。

 すなわち、 ∀λ∈Λに対してAλ⊂ ∪
Aλ

λ∈Λ
 

・

集合族{Aλ}λ∈Λ におけるすべてのAλを、集合Zが含むならば、
   集合族{Aλ}λ∈Λ の和集合を集合Zは含む 

 すなわち、[ (∀λ∈Λ) (Aλ⊂Z)] ⇒ 
∪ Aλ⊂Z

λ∈Λ
 

※

集合族 {Aλ}λ∈Λ の値域は、集合系(集合の集合)であり、
集合族 {Aλ}λ∈Λ のunionは、この集合系のunionである。
だから、{Aλ}λ∈Λ  のunionの性質は、集合系のunionの性質を継承する。
ここで述べた集合族{Aλ}λ∈Λのunionの性質も、集合系のunionの次の性質に他ならない。
 
 

(例)
 Λ={A,B,C,D,E,F} とする集合族{Aλ}λ∈Λ は、
    集合AA,AB,AC,AD,AE,AF からなるが、
    これを略して、集合A, B, C, D, E, Fと書くことにする。 
    集合A, B, C, D, E, Fが右図のようになっているならば、

集合族{Aλ}λ∈Λの和集合
∪ Aλ

λ∈Λ
    は、下図青色部分となる。
    集合A,B,C,D,E,Fすべてを含む様々な集合(たとえば、下図Z)のうちで
    最小のものは、
    確かに、

∪ Aλ

λ∈Λ
    であるようだ。
集合系の和集合は最小
 →集合系(集合族)Цに属する集合すべてを含む様々な集合のなかで、∪Цが最小。
 →A∪Bは、AとBの両方を含む様々な集合のなかで、「最小」。


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1b.有限の集合列の場合


・

有限の集合列 A1,A2,A3,…,An  におけるすべてのAkを含む様 々な集合のなかで、

n



∪ Ak
が最小。 

k=1


※これは、1-a集合族の場合を、添数集合Λ={1,2,3,…,n}としただけ。

n



∪ Ak
とは、 

k=1


集合族{Aλ}λ∈Λ のunion(和集合) ∪ Aλ において、
λ∈Λ
     添数集合Λ={1,2,3,…,n}とした特殊例であったことを想起せよ。

・

有限の集合列 A1,A2,A3,…,An  におけるすべてのAkを、

n



∪ Ak
は含む。 

k=1


  

n

すなわち、∀k∈{1,2,3,…,n}に対して、Ak ⊂ 
∪ Ak
k=1

・

有限の集合列 A1,A2,A3,…,An におけるすべてのAkを、集合Zが含むならば、

n



∪ Ak
を集合Zは含む。 

k=1




n


すなわち、 [ (∀k∈{1,2,3,…,n}) Ak ⊂ Z ] ⇒ ∪ Ak ⊂ Z
 
k=1




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1c.無限の集合列の場合


・

無限の集合列 A1,A2,A3,… におけるすべてのAkを含む様々な集合のなかで、

∞



∪ Ak
が最小。 

k=1


※これは、1-a集合族の場合を、添数集合Λ={1,2,3,…}=Nとしただけ。

∞


∪ Ak
とは、 

k=1


集合族{Aλ}λ∈Λ のunion(和集合) ∪ Ak において、
λ∈Λ
     添数集合Λ={1,2,3,…}=Nとした特殊例であったことを想起せよ。

・

無限の集合列 A1,A2,A3,… におけるすべてのAkを、

∞


∪ Ak
は含む。 

k=1




∞

すなわち、∀k∈{1,2,3,…}=Nに対して、Ak ⊂ 
∪ Ak
k=1

・

無限の集合列 A1,A2,A3,… におけるすべてのAkを、集合Zが含むならば、

∞



∪ Ak
を集合Zは含む。 

k=1




∞

すなわち、 [ (∀k∈N) Ak ⊂ Z ] ⇒ ∪ Ak ⊂ Z
 
k=1





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2.intersectionの性質


2a.集合族の場合 


・

集合族 {Aλ}λ∈Λ におけるすべてのAλに含まれる様々な集合のなかで、
集合族 {Aλ}λ∈Λ のintersectionが最大。

[文献]

 ・松坂『集合・位相入門』第1章§5.C (p.45);

・

・集合族 {Aλ}λ∈Λ におけるすべてのAλに、集合族 {Aλ}λ∈Λ のintersectionは含まれる。
すなわち∀λ∈Λに対して、Aλ ⊃
∩ Aλ
λ∈Λ


・

集合族 {Aλ}λ∈Λ おけるすべてのAλに集合Zが含まれるならば、
集合族 {Aλ}λ∈Λ のintersectionは集合Zを含む。
すなわち、  [ (∀λ∈Λ) (Aλ)⊃Z ] ⇒
∩ Aλ 

⊃Z
λ∈Λ


※

集合族{Aλ}λ∈Λ の値域は、集合系(集合の集合)であり、
集合族{Aλ}λ∈Λ のunionは、この集合系のunionである。
だから、集合族{Aλ}λ∈Λ のunionの性質は、集合系のunionの性質を継承する。
ここで述べた集合族 {Aλ}λ∈Λ のunionの性質も、集合系のunionの次の性質に他ならない。
 →Цに属するすべての集合に含まれる様々な集合のなかで、∩Цが最大。


(例)
 Λ={ A, B, C, D, E } とする集合族 {Aλ}λ∈Λ  は、
 集合AA, AB, AC, AD, AE からなるが、
 これを略して、集合A, B, C, D, Eと書くことにする。 
 集合A, B, C, D, E が下図のようになっているならば、

∩ Aλ 

は、下図青色部分となる。

λ∈Λ

 集合A, B, C, D, Eのすべてに含まれる様々な集合(たとえば、下図のピンク部分)
 のうちで最大のものは、
確かに、 ∩ Aλ 
であるようだ。
λ∈Λ

集合系の積集合は最大
     
 →Цに属するすべての集合に含まれる様々な集合のなかで、∩Цが最大。
 →A∩Bは、AとBの両方に含まれている様々な集合のなかで、「最大」。


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2b.有限の集合列の場合

 ・有限の集合列 A1,A2,A3,…,An  におけるすべてのAkに含まれる様 々な集合のなかで、

n



∩ Ak
が最大。 

k=1


 ・有限の集合列 A1,A2,A3,…,An  におけるすべてのAkに、

n



∩ Ak
は含まれる。 

k=1




n

すなわち、∀k∈{1,2,3,…,n}に対して、Ak ⊃  ∩ Ak
k=1

 ・有限の集合列 A1,A2,A3,…,An におけるすべてのAkに集合Zが含まれるならば、

n



∩ Ak
は集合Zを含む。 

k=1




n


すなわち、 [ (∀k∈{1,2,3,…,n}) Ak ⊃ Z ] ⇒ ∩ Ak ⊃ Z
 
k=1


 ※これは、2-a集合族の場合を、添数集合Λ={1,2,3,…,n}としただけ。

n



∩ Ak
とは、 

k=1


集合族{Aλ}λ∈Λ のintersection ∩ Aλ において、
λ∈Λ
     添数集合Λ={1,2,3,…,n}とした特殊例であったことを想起せよ。

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2c.無限の集合列の場合

 ・無限の集合列 A1,A2,A3,… におけるすべてのAkに含まれる様々な集合のなかで、

∞



∩ Ak
が最小。 

k=1


 ・無限の集合列 A1,A2,A3,… におけるすべてのAkに

∞


∩ Ak
は含まれる。 

k=1


  

∞

すなわち、∀k∈{1,2,3,…}=Nに対して、Ak ⊃  ∩ Ak
k=1
  

 ・無限の集合列 A1,A2,A3,… におけるすべてのAkに、集合Zが含まれるならば、

∞



∩ Ak
は集合Zを含む。 

k=1




∞

すなわち、 [ (∀k∈{1,2,3,…}=N) Ak ⊃ Z ] ⇒  ∩ Ak ⊃ Z
 
k=1


 ※これは、1-a集合族の場合を、添数集合Λ={1,2,3,…}=Nとしただけ。

∞


∩ Ak
とは、 

k=1


集合族{Aλ}λ∈Λ のintersection ∩ Aλ において、
λ∈Λ
     添数集合Λ={1,2,3,…}=Nとした特殊例であったことを想起せよ。


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3.集合族・集合列の分配律

3a.集合族の場合

[文献]

 ・松坂『集合・位相入門』第1章§5.C(式5.1,5.1') (p.45);
 ・高橋『経済学とファイナンスのための数学』定理1.1.3(p.4)]

(
∪
Aλ
)∩ B =
 ∪ 
(Aλ∩B)
λ∈Λ λ∈Λ

(
∩ Aλ
)∪ B =
∩ (Aλ∪B)
λ∈Λλ∈Λ

3b.有限個の集合列の場合


(
n
)∩ B =
n
∪ Ak ∪ (Ak∩B)
k=1
k=1

(
n
)∪ B =
n
∩ Ak ∩ (Ak∪B)
k=1
k=1

3c.無限個の集合列の場合



(
∞

)∩ B =
∞
∪ Ak ∪ (Ak∩B)
k=1
k=1

(
∞
)∪ B =
∞
∩ Ak ∩ (Ak∪B)
k=1
k=1






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4.集合族・集合列のド・モルガンde Morgan則

4a.集合族の場合

[文献]

 ・松坂『集合・位相入門』第1章§5.C(式5.2,5.2') (p.45);
 ・伊藤『ルベーグ積分入門』p.7;
 ・高橋『経済学とファイナンスのための数学』定理1.1.3(p.4)

(
∪
Aλ
)
c
= ∩ ( Aλc )
λ∈Λ
λ∈Λ

(
∩ Aλ
)c = ∪ ( Aλc )
λ∈Λ
λ∈Λ

4b.有限個の集合列の場合


 ・(A1∪A2∪A3∪…∪An)c=(A1)c ∩(A2)c ∩(A3)c ∩…∩(An)c  
         ※普通は以下のように書く
(
n
)
c
 =
n
∪ Ak
∩ ( Akc )
k=1

k=1

 ・(A1∩A2∩A3∩…∩An)c  = (A1)c ∪(A2)c ∪(A3)c ∪…∪(An)c    
         ※普通は以下のように書く
(
n
)
c
 =
n
∩ Ak
∪ ( Akc )
k=1

k=1
 

4c.無限個の集合列の場合



 ・(A1∪A2∪A3∪…)c =(A1)c ∩(A2)c ∩(A3)c ∩… 
          ※普通は以下のように書く
(
∞
)
c
 =
∞
∪ Ak
∩ ( Akc )
k=1

k=1

 ・ (A1∩A2∩A3∩…)c  = (A1)c ∪(A2)c ∪(A3)c ∪…   
         ※普通は以下のように書く。
(
∞
)
c
 =
∞
∩ Ak
∪ ( Akc )
k=1

k=1
  



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(reference)

日本数学会編集『岩波数学事典(第三版)』 岩波書店、1985年。項目58関数D族・列(p.158)
松坂和夫『集合・位相入門』岩波書店、1968年、第1章§5.A-B-C(pp.42-6)。
矢野公一『共立講座21世紀の数学4距離空間と位相構造』共立出版、1997年、付録A.1.3集合と選択公理(pp226-7.)
高橋一『経済学とファイナンスのための数学』新世社、1999年。 pp.1-4.
伊藤清三『ルベーグ積分入門』裳華房、1963年、pp.6-7。


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