הוכחה: נגדיר <math>f:A\to B </math> פונקצית ההכלה השולחת כל איבר לעצמו. פונקציה זו חח"ע ולכן <math>|A|\leq|B|</math>
'''===תרגיל''' ===הוכח כי עוצמת <math>\mathbb{N}</math> שווה ל -<math>\mathbb{N}\cup\{0\}</math>
הוכחה: נגדיר <math>f:\mathbb{N}\to \mathbb{N}\cup\{0\} </math> ע"י <math>f(n)=n-1 </math>.
<math>f</math> חח"ע ועל כי יש לה הופכית <math>g(n)=n+1\;\;\;\;\;g:\mathbb{N}\cup\{0\} \to \mathbb{N}</math>
=== תרגיל ===
הוכיחו כי <math>|P(\mathbb{N})|=|P(\mathbb{N})-\{\emptyset\}|</math>
פתרון: נגדיר פונקציה <math>f:P(\mathbb{N})\to P(\mathbb{N})-\{\emptyset\} </math> ע"י <math>\{n\}\mapsto \{n+1\},\emptyset \mapsto \{1\}</math> וכל B שאינה נקודות ואינה קבוצה ריקה נשלחת לעצמה.
=== תרגיל ===
נסמן <math>A=\{\{n\}\mid n\in \mathbb{N}\}</math> קבוצת הנקודונים הטבעיים. הוכיחו כי <math>|P(\mathbb{N})|=|P(\mathbb{N})-A|</math>
פתרון: נגדיר פונקציה <math>f:P(\mathbb{N})-A\to P(\mathbb{N}) </math> ע"י
<math>\{2n,4n\}\mapsto \{n,2n\},\{2n-1,2(2n-1)\}\mapsto \{n\}</math> וכל B שאינה מהצורה <math>\{k,2k\}</math> נשלחת לעצמה.
=== תרגיל ===
תהא <math>A</math> קבוצה . הוכיחו כי <math>|A^{\mathbb{N}}\times A^{\mathbb{N}}|=|A^{\mathbb{N}}|</math>
פתרון: נגדיר פונקציה <math>F:A^{\mathbb{N}}\times A^{\mathbb{N}}\to A^{\mathbb{N}} </math> ע"י
<math>(f,g)\mapsto \{(2n,f(n)),(2n-1,g(n))\mid n\in \mathbb{N}\}</math>
'''טענה.''' אם A קבוצה וR יחס שקילויות על הקבוצה אזי עוצמת קבוצת המנה קטנה או שווה לעוצמה של A.
אם נסתכל על קבוצה של קבוצות ניתן להגדיר עליה יחס "עוצמות שוות" והוא יהיה יחס רפלקסיבי, סימטרי וטרנזיטיבי. עם זאת, לא ניתן להגדיר יחס זה על כל הקבוצות כולם בשל הסיבה שלא קיימת קבוצת כל הקבוצות.
נראה שימוש בתכונות אלו בתרגילים הבאים.
=== תרגיל ===
תהא <math>(A,\leq)</math> קבוצה סדורה קווית לא סופית. נגיד שתת קבוצה <math>X</math> של <math>A</math> היא תת קבוצה יורדת אם מתקיים
<math>\forall a\in A\forall x\in X \,(a<x) \to (a\in X)</math> (כאשר הסימון <math>a<x</math> פירושו ש <math>a\leq x</math> וגם <math>a\neq x</math>
נסמן ב <math>D</math> את קבוצת כל תתי הקבוצות היורדות של <math>A</math> האם <math>|A|=|D|</math> ?
פתרון: אמרו לי שכן. למה? כי נגדיר פונקציה <math>f:A\to D</math> המוגדרת ע"י <math>f(x)=\{a\in A\mid a<x\}</math> והיא חח"ע ועל.
#מצאו את הטעות בהוכחה.
# האם ואיך אפשר לתקן את הפתרון המוצע?
===תרגיל ===
נגדיר פונצקיה <math>F:A\to B</math> ע"י <math>f\mapsto (f(1),f(2),f(3))</math>. הוכיחו/השתכנעו/נסביר <math>F</math> חח"ע ועל
===תרגיל ===
הוכיחו כי <math>|A\times A| = |A^{\{1,2\}}|</math>
פתרון: הפונקציה <math>F:A^{\{1,2\}}\to A\times A</math> המוגדרת <math>f\mapsto (f(1),f(2))</math> הפיכה.
=== תרגיל ===
הוכיחו כי אם <math>|A|=|B|</math> אזי <math>|P(A)|=|P(B)|</math>
פתרון: מניחים כי קיימת <math>f:A\to B</math> הפיכה. נגדיר <math>g:P(A)\to P(B)</math> ע"י <math>A'\mapsto f[A']</math> הפיכה.
האם הכיוון ההפוך נכון? אם ידוע <math>|P(A)|=|P(B)|</math> האם ניתן להסיק כי <math>|A|=|B|</math>?
=== תרגיל חשוב! ===
תהא <math>X,Y</math> קבוצות. הוכיחו כי <math>P(Y)^{X}</math> שקולת עוצמה ל <math>P(X\times Y)</math>
תשובה: יש לקחת <math>F(f)=\{(x,y)|y \in f(x)\}</math>
=== תרגיל ===
נגדיר <math>A=\{f\in \mathbb{N}^{\mathbb{N}}\mid \forall n\in \mathbb{N}: \,f(n)<f(n+1)\}</math> הוכיחו כי אם <math>|A|=|\mathbb{N}^{\mathbb{N}}|</math>
פתרון: נגדיר פונקציה <math>F:A\to \mathbb{N}^{\mathbb{N}}</math> ע"י
<math>F(f)(n)=\begin{cases} f(n)-f(n-1) & \text{if }n>1\\
f(1) & \text{if }n=1
\end{cases}</math>
נוכיח כי F חח"ע ועל.
חח"ע: נניח <math>F(f_1)=F(f_2)</math> אזי <math>f_1(1)=F(f_1)(1)=F(f_2)(1)=f_2(1)</math> ואז מהשיוויון
<math>f_1(2)-f_1(1)=F(f_1)(2)=F(f_2)(2)=f_2(2)-f_2(1)</math> נקבל כי <math>f_1(2)=f_2(2)</math> כעת נניח כי <math>f_1(n)=f_2(n)</math> ונוכיח שיוויון בקלט <math>n+1</math>. אכן מהשיוויון <math>f_1(n+1)-f_1(n)=F(f_1)(n+1)=F(f_2)(n+1)=f_2(n+1)-f_2(n)</math> נצמצם את ההנחה כי <math>f_1(n)=f_2(n)</math> ונקבל כי <math>f_1(n+1)=f_2(n+1)</math>
על: תהא <math>g\in \mathbb{N}\to \mathbb{N}</math> נמצא לה מקור. נגדיר <math>f(n)=\sum_{k=1}^ng(k)</math> ואז
<math>F(f)(n)=\begin{cases} f(n)-f(n-1)=g(n) & \text{if }n>1\\
f(1)=g(1) & \text{if }n=1
\end{cases}</math>
ולכן <math>F(f)=g</math>
שאלה: מה היה קורה אם היינו מגדירים את A בעזרת קטן שווה ולא קטן ממש? כלומר
נגדיר <math>A=\{f\in \mathbb{N}^{\mathbb{N}}\mid \forall n\in \mathbb{N}: \,f(n)\leq f(n+1)\}</math> האם <math>|A|=|\mathbb{N}^{\mathbb{N}}|</math> ?
== עוצמת הטבעיים ==
'''===תרגיל.'''===
הוכח שעוצמות הקבוצות הבאות שוות: <math>\mathbb{N},\mathbb{Z},\mathbb{Q}</math>
'''===טענה.''' ===מתקיים ש <math>|\mathbb{N}|=|\mathbb{N}\times \mathbb{N}|</math>.
'''הוכחה.'''
=== <math>\aleph_0 \cdot \aleph_0=\aleph_0</math> ===
'''הגדרה'''
* העוצמה של הטבעיים מסומנת <math>\aleph_0</math>
* קבוצה A המקיימת <math>|A|\leq \aleph_0 </math> נקראת '''בת מנייה''' (מקור השם כי ניתן למנות/ למספר את האיברים בה ע"י התאמה חח"ע ועל מהטבעיים במקרה האין סופי או במקרה הסופי פשוט למספר עד n )
טענה <math>B=\{2n-1 | n\in \mathbb{N}\}</math> קבוצת האי זוגיים היא בת מנייה
הוכחה : נגדיר פונצקיה <math>f:\mathbb{N}\to B </math> ע"י <math>n\mapsto 2n-1</math>
טענה <math>C=\mathbb{N}\cup\{0\}</math> קבוצת הטבעיים עם <math>0 </math> בת מנייה
הוכחה : נגדיר פונצקיה <math>f:\mathbb{N}\to C </math> ע"י <math>n\mapsto n-1</math>
הוכחה נניח <math>f(x_1,k_1)=f(x_2,k_2)</math> אזי <math>x_1 \cdot 2^{k_1} =x_2 \cdot 2^{k_2}</math>
בה"כ <math>k1k_1\leq k_2</math> ונחלק את שני האגפים ב <math>2^{k_1}</math>
נקבל כי<math>x_1 =x_2 \cdot 2^{k_2-k_1}</math>. כעת צד שמאל לא מתחלק ב 2 (כי <math>x_1</math> אי זוגי) ולכן גם אגף ימין לא מתחלק ב -2. הדבר יכול לקרות רק אם <math>k_2-k_1=0</math> או במילים אחרות <math>k_1=k_2</math>. כעת קיבלנו גם כי <math>x_1=x_2</math> ולכן בס"ה <math>(x_1,k_1)=(x_2,k_2)</math>.
לפי הגדרת f רואים כי <math>(\frac{n}{2^k},k)</math> מקור ל n. וסיימנו.
==== תרגיל ====
הוכיחו כי לכל <math>0<n</math> טבעי מתקיים כי <math>\mathbb{N}^n=\mathbb{N}\times\mathbb{N}\times \cdots \times \mathbb{N} </math> מעוצמה <math>\aleph_0</math>
'''משפט (קנטור- שרדר-ברנשטיין)''' אם פתרון: באינדוקציה. בסיס: ברור. צעד: <math>|B\mathbb{N}^{n+1}=|\leqmathbb{N}^n\times \mathbb{N}|A|</math> וגם <math>|A=|\leq|B|</math> אז <math>|Bmathbb{N}\times \mathbb{N}|=|A\mathbb{N}|</math>
==משפט קנטור- שרדר-ברנשטיין==
אם <math>|B|\leq|A|</math> וגם <math>|A|\leq|B|</math> אז <math>|B|=|A|</math>
===תרגיל===
<math>|\mathbb{Q}|=\aleph_0</math>.
====פתרון====
'''טענה.''' מתקיים ש <math>|\mathbb{N}|=|\mathbb{Z}|=|\mathbb{Z}\times \mathbb{Z}|</math>.
<math>|\mathbb{N}|=|\mathbb{N}\times \mathbb{N}|=|\mathbb{Z}\times \mathbb{Z}|</math>
כעת, נזכר ש <math> \mathbb{Q}</math> הם קבוצת מנה של <math>\mathbb{Z} \times \mathbb{N}</math>
ולכן
<math>|\mathbb{N}|\leq |\mathbb{Q}|\leq |\mathbb{Z} \times \mathbb{N}|\leq |\mathbb{Z}\times \mathbb{Z}|=|\mathbb{N}| </math>
לפי קנטור ברנשטיין נקבל ש <math>|\mathbb{Q}|= |\mathbb{N}|=\aleph_0</math>.
===תרגיל===
'''הגדרה'''חשבו את עוצמת <math>A=\mathbb{Q}\cap [0,1]</math>.* העוצמה של הטבעיים מסומנת ====פתרון====מצד אחד <math>A\subseteq \mathbb{Q}</math> ולכן <math>|A|\leq \aleph_0</math>.* קבוצה מצד שני, נגדיר <math>B=\{\frac{1}{n}:n\in \mathbb{N}\}\subseteq A המקיימת </math>, קל לראות ש- <math>|A|\leq geq |B|=\aleph_0 </math> נקראת '''בת מנייה''' . לפי ק.ש.ב. סיימנו. ===תרגיל===נסמן <math>A=\{1,2,3,4\}</math>. א. חשבו את עוצמת <math>\{f\in \mathbb{N}^A:f\text{ is 1-1}\}</math>. ב. חשבו את עוצמת <math>\{f\in \mathbb{N}^A:f\text{ is not 1-1}\}</math>. ===תרגיל===נסמן ב-<math>S</math> את קבוצת יחסי השקילות על הטבעיים <math>S=\{R\subseteq \mathbb{N}\times \mathbb{N}:R\text{ is an equivalence relation}\}</math>. א. הראו ש- <math>|S|\leq |P(מקור השם כי ניתן למנות\mathbb{N})|</ למספר math>. ב. נסמן <math>A=\mathbb{N}\smallsetminus \{1,2\}</math>, ונסמן ב-<math>T</math> את האיברים בה אוסף החלוקות של הטבעיים <math>T=\{\mathcal{F}:\mathcal {F} \text{ is a partition of }\mathbb{N}\}</math>. נגדיר <math>f:P(A)\to T</math> ע"י התאמה : <math>f(X)=\{X\cup \{1\},(A\smallsetminus X)\cup \{2\}</math>. הוכיחו שהיא חח"ע ועל מהטבעיים במקרה האין סופי או במקרה הסופי פשוט למספר עד n . ג. הוכיחו <math>|S|=|P(\mathbb{N})|</math>. ===תרגיל===תהיינה <math>A,B,C,D</math> קבוצות כך ש- <math>|A|=|C|,|B|=|D|</math>. הוכיחו: <math>|A^B|=|C^D|</math> ====פתרון====קיימות פונקציות הפיכות <math>f:A\to C,g:B\to D</math>. נגדיר פונקציה <math>\varphi :A^B\to C^D</math> ע"י: <math>\varphi(h)=\{(g(b),f(h(b))\in D\times C:b\in B\}</math>. כלומר, שלחנו פונקציה לקבוצות זוגות סדורים, והיחס המתקבל הוא, מסתבר, פונקציה (דורש הוכחה כמובן). אפשר להסתכל על זה גם באופן הבא: בהינתן פונקציה<math>h:B\to A</math> נשלח אותה לפוננקציה <math>h':D\to C</math> המוגדרת <math>h'(d)=f\circ h\circ g^{-1}(d)</math>. ניתן לראות שהיא חח"ע ועל.
== עוצמת הממשיים==
[[קובץ:EqveOfTowIntervals.jpeg]]
'''הערה''': אפשר לעבור מכאן לק.ש.ב. ולא צריך את כל הפונקציות.
באותו אופן כל הקטעים הסופיים מהצורה <math>(a,b)</math> או <math>(a,b]</math> או <math>[a,b)</math> בעלי אותה עוצמה (כל הקטעים מאותו "סוג")
'''הגדרה''': העוצמה של הממשיים מסומנת <math>\aleph</math>.
=== תרגיל ===
הוכיחו כי <math>(0,1)\cup (3,4)</math> שווה עוצמה לממשיים
פתרון: הוא מוכל בממשיים ומכיל את <math>(0,1)</math>
=== עוצמת הטבעיים קטנה ממש מעוצמת הממשיים ===
לשם הוכחת הטענה נשתמש בקבוצה המספרים <math>[0,1)</math> בכתיב עשרוני כלומר כל <math>x\in[0,1)</math>
'''תרגיל ממבחן.'''
א. (ב XI) יהיו A,B קבוצות כך ש <math>|A/B|=|B/A|</math>. הוכח ש <math>|A|=|B|</math>.
ב. מצא קבוצות A וB כך ש <math>|A|=|B|</math> אבל <math>|A/B|\neq |B/A|</math>.
'''תרגיל.'''
נגדיר "שמיניה" בתור זוג עיגולים מעגלים בגדלים כלשהם המשיקים זה לזה בנקודה כלשהי. יהי אוסף אינסופי כלשהו של שמיניות במישור הזרות זו מזו (כלומר אין שתים עם נקודת חיתוך משותפת)
א. הוכח שעוצמת קבוצה זו הינה אלף אפס
ב. הוכח שקיימת קבוצה של אינסוף עיגולים מעגלים במרחב ללא חיתוך מעוצמת אלף
'''פתרון.'''
א. בהנתן שמיניה מסוימת באוסף, נבחר נקודה רציונאלית אחת מעיגול ממעגל אחד, ואחת מהעיגול מהמעגל השני. זה נותן לנו פונקציה מהאוסף אל הזוגות הסדורים של מספרים רציונאליים.
כעת, נוכיח כי פונקציה זו הינה חח"ע. נניח בשלילה כי לשתי שמיניות שונות יש נקודות משותפים בשני העיגוליםהמעגלים. אם כן, העיגול המעגל של האחת נמצא בעיגול במעגל של האחרת ולכן גם נקודת ההשקה נמצאת בתוך העיגול המעגל האחד. מכיוון שהעיגול שהמעגל השני מכיל נקודה משותפת עם העיגול המעגל השני של השמיניה השנייה, חייב להיות חיתוך בינהם בסתירה (ציור פה יקל ממש על ההבנה שלכם...).
לכן עוצמת האוסף קטנה מעוצמת הזוגות הסדורים של הרציונאליים, ולמדנו שזוגות סדורים של קבוצה בת מנייה היא קבוצה בת מנייה. לכן עוצמת האוסף קטנה מבת מנייה אבל מכיוון שהיא אינסופית היא גדולה מבת מנייה ולכן בת מנייה כדרוש.
ב. ניקח את אוסף העיגולים המעגלים עם מרכז בראשית ורדיוס ממשי חיובי. אין בינהם חיתוך, והכמות שלהם זהה לחצי ציר הממשיים והוא כמובן מעוצמת אלף.