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Cardinalidad de los conjuntos infinitos

Solución:

La respuesta correcta son las funciones de $ mathbb R $ a $ {0,1 } $, los cálculos y comparaciones se dan aquí:

  1. $ mathbb R = 2 ^ { aleph_0} $.
  2. Todas las funciones desde $ mathbb Z $ a $ mathbb Z $ son iguales que $ mathbb N $ a $ mathbb N $, que es $ 2 ^ { aleph_0} le aleph_0 ^ { aleph_0} le 2 ^ { aleph_0 times aleph_0} = 2 ^ { aleph_0} $.
  3. Las funciones de $ mathbb R $ a $ {0,1 } $ son básicamente funciones características para subconjuntos de $ mathbb R $, es decir, es lo mismo que $ | mathcal P ( mathbb R) | $ que es de cardinalidad $ 2 ^ {2 ^ { aleph_0}} $ (según el teorema de Cantor).
  4. Todos los subconjuntos finitos de $ mathbb R $ son como mucho todas las secuencias finitas de $ mathbb R $, que es $ bigcup_ {n in mathbb N} mathbb R ^ n $, que es de cardinalidad al menos $ mathbb R $, y solo la otra mano $ le mathbb R ^ { mathbb N} = 2 ^ { aleph_0} $, por lo que es de cardinalidad del continuo.
  5. Por el mismo argumento que (4), el conjunto de polinomios es de cardinalidad continua (identifique un polinomio con una secuencia finita de sus coeficientes, y la colección de secuencias finitas es al menos la cardinalidad de todos los conjuntos finitos).

En particular, significa que el conjunto de funciones desde $ mathbb R $ a $ {0,1 } $ es el más grande y, de hecho, es el único que no es de cardinalidad continua.

Tiene razón al pensar que la cardinalidad de las funciones de $ mathbb {Z} $ a $ mathbb {Z} $ es $ aleph_0 ^ { aleph_0} $. Para calcular esto, observe que $ 2 ^ { aleph_0} leq aleph_0 ^ { aleph_0} leq (2 ^ { aleph_0}) ^ { aleph_0} = 2 ^ { aleph_0 cdot aleph_0} = 2 ^ { aleph_0} $. Ahora, usando el teorema de Cantor-Bernstein, obtienes que $ aleph_0 ^ { aleph_0} = 2 ^ { aleph_0} $.

De hecho, E y D tienen la misma cardinalidad. Los subconjuntos finitos de $ mathbb {R} $ son exactamente tantos como los números reales. Esto se debe a que $ | mathbb {R} times mathbb {R} | = | mathbb {R} | $ y por lo tanto (por inducción) para cada número natural $ n $ tenemos ese $ | mathbb {R} ^ n | = | mathbb {R} | $. Dado que el conjunto de subconjuntos finitos de $ mathbb {R} $ es $ bigcup_ {n < omega} mathbb {R} ^ n $, tenemos que la cardinalidad que estamos buscando es $ sum_ {n < omega} {| mathbb {R} ^ n |} = sum_ {n < omega} {| mathbb {R} |} $. La cardinalidad de esto es $ aleph_0 cdot 2 ^ { aleph_0} = 2 ^ { aleph_0} $.

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