 
        מרצה :ד"ר אסף רינות.
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
26.02.14
מנהלות
מרצה:
אסף רינות־ rinotas@math.biu.ac.il
מתרגל:
חיים רוזנר־ haim.rosner@gmail.com
שעות
קבלה :ימי ג' מ־ ,14:00בתאום מראש .חדר  107בניין מתמטיקה.
אתר הקורס־ settheory.assf rinot.com
ספר מומלץ.Jech − Hrbacek/introduction to set theory :
תורת הקבוצות
תזכורת־
)<  (A,קבוצה סדורה חלקית )קס"ח( ) (Posetאם:
 < .1אנטי־רפלקסיבי ) ¬ (a < aלכל .a ∈ A
 < .2טרנזיטיבי אם ) (a < bו־ ) (b < cאז ) (a < cלכל .a, b, c ∈ A
דוגמאות
 (N, <) .1כאשר < הוא הסדר הרגיל ,ו־ } N = {0,1,2,. . .המספרים הטבעיים.
(R, <) , (Q, <) , (Z, <) .2
אמנם  N, Z, Qהם מאותו "גודל" ,אבל קבוצות סדורות אלה מייצגות סוגים שונים של אינסוף.
כלומר ,במובן של סדר" Z ,גדול" מ־ .N
באותו האופן" Q ,גדול" מ־ .Z
המטרה שלנו היא לפתח את המחלקה הנכונה של סדרים ,שבה אפשר להשוות למשל סדרים בני־מניה.
 .3בהינתן קבוצה לא ריקה  (P (X) , $) ,Xקס"ח.
 (N, |) .4כאשר  ⇐⇒ n | mקיים .m = n · k ,k > 1
הגדרה  0.1קס"ח )<  (A,היא קבוצה סדורה קווית אם לכל  a, b ∈ Aשונים מתקיים (a < b) :או ).(b < a
שימו לב כי לא ייתכן קיום בו־זמנית של שתי האלטרנטיביות ,שכן מטרנזיטיביות נהיה חייבים להסיק כי b < b
בסתירה לאנטי־רפלקסיביות.
 .5תהי  f : Q ↔ Nפונקציית שקילות )חד־חד־ערכית ועל(.(bijection) .
לכל  r ∈ Rנגדיר
}Ar = {f (q) | Q 3 q < r
נשים לב כי ) ({Ar | r ∈ R} , $סדורה קווית.
זוהי תת־קבוצה של ) ,P (Nוכיוון ש־ ) (P (N) , $קס"ח ,גם ) ({Ar | r ∈ R} , $קס"ח.
נוודא את קריטריון ה"קוויות" )לינאריות(:
0
נניח  r 6= rממשיים.
0
בה"כ.r < r ,
0
יהי  q ∈ Qכך ש־  ,r < q < rאז  qמעיד כי ,Ar $ Ar0
n
o
1 .{q | q < r} $ q | q < r 0
שהרי,
1השתמשנו בידע כי )<  (R,סדורה קווית.
1
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
מרצה :ד"ר אסף רינות.
הגדרה  0.2נניח )<  (A,קס"ח .קבוצה  A ⊇ Dנקראת "שולטת" ) (Dominating/conalאם לכל  ,a ∈ Aקיים
 d ∈ Dכך ש־  a = dאו .a < d
למשל־
 Nקבוצה שולטת ב־ ) Rמה שנקרא ארכימדיות־ לכל מספר טבעי יש מספר ממשי גדול ממנו(.
}) {Nסינגלטון( קופינלי ב־ )) .(P (N) , $קופינלי=שולטת(.
אבחנה־
אם )<  (A,קס"ח ,ו־  mאיבר אחרון ב־ )<  ,(A,אז } {mשולטת ב־
)< 2 .(A,
הערה  0.3בקבוצה סדורה קווית ,אנחנו מקבלים שולטת ⇒⇐ לא חסומה.
בקס"ח כללי ,זה לא נכון .לדוגמא ,סכום זר של )< (N,עם )<.(N,
למה 0.4
Rasiowa-Sikorski
אם )<  (A,קס"ח ,ו־ ) (Dn | n ∈ Nסדרה בת־מנייה של קבוצות שולטות בקס"ח ,אז קיימת  A ⊇ Gהסדורה קווית
על־ידי < ,ומקיימת ∅ = G ∩ Dn 6לכל .n ∈ N
הוכחה :נבנה סדרה } {gn | n ∈ Nבאינדוקציה )רקורסיה ,ליתר דיוק .יובהר בהמשך הקורס(.
בסיס האינדוקציה:
יהי  g0 ∈ D0כלשהו.
צעד האינדוקציה:
נניח } {gi | i ≤ nכבר הוגדרה עבור  nטבעי כלשהו.
כיוון ש־  Dn+1שולטת ,ניתן למצוא  d ∈ Dn+1כך ש־  gn = dאו .gn < d
נקח  gn+1להיות .d
אז קיבלנו סדרה } {gn | n ∈ Nכך שלכל :n ∈ N
.gn ∈ Dn .1
 gn = gn+1 .2או .gn < gn+1
מטרנזיטיביות של < G ,סדורה קווית,
וכמובן ∅ = G ∩ Dn 6לכל .n ∈ N
הגדרה  0.5איבר  a ∈ Aנקרא איבר ראשון בקס"ח )<  ⇐⇒ (A,לכל } b ∈ A\ {aמתקיים .a < b
הגדרה  0.6איבר  a ∈ Aנקרא איבר אחרון בקס"ח )<  ⇐⇒ (A,לכל } b ∈ A\ {aמתקיים .b < a
סדר חלקי על פונקציות :נניח  Fמשפחה של פונקציות.
עבור פונקציות  ,f, g ∈ Fנגדיר יחס⇐⇒ f ≺ g :
.dom (f ) $ dom (g) .1
 f (x) = g (x) .2לכל ) .x ∈ dom (f
שימו לב כי )≺  (F,קס"ח .אם חושבים על פונקציה כאוסף של זוגות סדורים )כלומר מזהים אותה עם הגרף שלה(,
אז ≺מתלכד עם ⊂.
הגדרה  0.7קס"ח )<  (A,נקראת צפופה אם לכל  a < bב־  Aקיים  c ∈ Aכך ש־ .a < c < b
2הגדרה של "איבר אחרון" מופיעה בהמשך.
2
מרצה :ד"ר אסף רינות.
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
דוגמא
 (Q, <) .1קבוצה סדורה קווית ,צפופה ,ללא איבר ראשון וללא איבר אחרון ,ובת־מניה.
 (R, <) .2קבוצה סדורה קווית ,צפופה ,ללא איבר ראשון וללא איבר אחרון ,אבל לא בת־מניה.
משפט  0.8משפט קנטור
אם ) (A, /סדורה קווית ,צפופה ,ללא איבר ראשון וללא איבר אחרון ,ובת־מנייה ,אז ) (A, /איזומורפית־סדר ל־
)< .(Q,
כלומר ,קיימת  g : Q ↔ Aחד־חד־ערכית ועל ,ולכל .g (a) < g (b) ⇐⇒ a < b :a, b ∈ Q
הוכחה :תהי  Fאוסף כל הפונקציות  f : X → Yכאשר:
 X .1תת־קבוצה סופית של .Q
 Y .2תת־קבוצה סופית של .A
 f .3איזומורפיזם ,כלומר  fחד־חד־ערכית ,על ושומרת סדר.
כזכור (F, ≺) ,קס"ח.
טענה :1
עבור  q ∈ Qנסמן
}) Dq = {f ∈ F | q ∈ dom (f
 Dqשולטת.
הוכחה:
נניח  f : X → Yאיבר כלשהו ב־  ,Fונבקש למצוא  d ∈ Dqכך ש־  d = fאו .f < d
כמובן ,שאם )  ,q ∈ dom (fהרי ש־  f ∈ Dqוסיימנו.
∈ .q
נניח כעת כי ) / dom (f
נסתכל על
}X0 = {x ∈ X | x < q
}X1 = {x ∈ X | q < x
כיוון ש־  Qסדורה קווית על־ידי היחס < ,כך גם תת־הקבוצות הסופיות  X0ו־ ,X1
ולכן ניתן להגדיר
∅ =X0 6
whenever
) m0 = max (X0
∅ =X1 6
whenever
) m1 = min (X1
<
<
כעת ,כיוון ש־ ) (A, /צפופה ,ניתן לבחור  a ∈ Aכך ש־
 f (m0 ) / aכאשר ∅ = ,x0 6ובנוסף )  a / f (m1כאשר ∅ =.x1 6
נגדיר } d : X ∪ {q} → Y ∪ {aעל־ידי
(
f (p) , p ∈ X
= )d (p
a,
p=q
3
מרצה :ד"ר אסף רינות.
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
הבחירה של  aמבטיחה כי הפונקציה  dחח"ע ,על ,שומרת סדר,
אזי  ,d ∈ Dqו־  .f ≺ dמש"ל טענה .1
טענה :2
לכל = {d ∈ F | a ∈ Im (d)} ,a ∈ A
Da
שולטת.
הוכחה:
נימוק דואלי המשתמש בכך ש־ )<  (Q,סדר צפוף .מש"ל טענה .2
כיוון ש־  A, Qבנות־מנייה ,ניתן להשתמש בלמה של .Rasiowa-Sikorski
כלומר ,קיימת  F ⊇ Gסדורה קווית על־ידי ≺,
ובנוסף:
∅ = G ∩ Dq 6לכל ,q ∈ Q
∅ = G ∩ Da 6לכל .a ∈ A
נגדיר  g : Q → Aעל־ידי:
 ⇐⇒ g (q) = aקיימת  f ∈ Gכך ש־ .f (q) = a
טענה  g :3מוגדרת היטב.
הוכחה:
בהנתן  ,q ∈ Qכיוון ש־ ∅ = ,G ∩ Dq 6נובע כי קיים  f ∈ Gעם ) .q ∈ dom (f
 0
0
0
כעת ,אם  ,f ∈ Gו־  ,q ∈ dom fיש להראות כי ).f (q) = f (q
0
נניח  f, f ∈ G ∩ Dqשונות.
0
היות ו־  Gסדורה קווית ,מתקיים בה"כ ש־ .f ≺ f
 0
0
ואז ,מהגדרת ≺ q ∈ dom (f ) $ dom f ,ו־ ) .f (q) = f (qמש"ל טענה .3
טענה  g :4על.
הוכחה:
נובע מכך ש־ ∅ = G ∩ Da 6לכל  .a ∈ Aמש"ל טענה .4
טענה  g :5חד־חד־ערכית ,שומרת סדר.
הוכחה:
נניח  q1 < q2ב־.Q
יהיו  f1 , f2 ∈ Gכך ש־ ) .q2 ∈ dom (f2 ) ,q1 ∈ dom (f1
אם  ,f1 ≺ f2הרי ש־ )  ,q1 , q2 ∈ dom (f2ואז
) g (q1 ) = f2 (q1 ) / f2 (q2 ) = g (q2
 f2שומרת סדר ,אז " gמקבלת" את זה ממנה.
מקרה שני f2 ≺ f1 ,או :f2 = f1
אז
) g (q1 ) = f1 (q1 ) / f1 (q2 ) = g (q2
 f1שומרת סדר ,אז " gמקבלת" את זה ממנה.
תרגיל  :שנו את ההוכחה הנ"ל והראו כי לכל קס"ח בן־מניה ) (A, Cקיימת העתקה חח"ע שומרת סדר מ־)(A, C
ל־)< .(Q,
4
תורת הקבוצות202 ,־.88
מרצה :ד"ר אסף רינות.
מסכם :בועז מתן.
משפט  0.9משפט קנטור )המפורסם(
אם  Aקבוצה בת־מניה של פונקציות מ־  Nל־ } ,{0, 1אז קיימת פונקציה } g : N → {0, 1כך ש־  g 6= fלכל .f ∈ A
יתר על כן־ }) {n | g (n) 6= f (nאינסופית לכל .f ∈ A
הוכחה :תהי  Fמשפחת כל הפונקציות מהצורה } f : X → {0, 1כך ש־  X ⊆ Nסופית.
לכל  f ∈ Aוכל  n ∈ Nנתבונן בקבוצה השולטת:
})D (f, n) = {d ∈ F | ∃k > n : {0, ..., k} = dom (d) , d (k) 6= f (k
אם ניקח  G ⊆ Fסדורה קווית לפי ≺ ,ו־ ∅ = G ∩ D (f, n) 6לכל  f ∈ Aו־ ,n ∈ N
אז נוכל להגדיר } g : N → {0, 1כמו מקודם,
ומתקיים כי }) {n | f (n) 6= g (nאינסופי לכל .f ∈ A
הגדרה  0.10קבוצה סדורה קווית )<  (A,סדורה היטב  well-orderedאם לכל תת־קבוצה לא ריקה של  Aיש איבר
ראשון.
הבחנה
אם )<  (A,סדורה היטב ו־ , A ⊇ Bאז )< (B,סדורה היטב.
הההכלה ההפוכה איננה נכונה (N, <) :סדורה היטב ,אך )< (Z,־ איננו סדר טוב.
הערה  0.11קבוצה סדורה קווית היא סדורה היטב ⇒⇐ איננה מכילה עותק של ).Z ∩ (−∞, 0
המטרה־ למצוא נציגים קנוניים של סדרים טובים.
נציגים של טיפוסי סדר טובים.
מה שבסוף יוביל אותנו למושג שנקרא "סודר".
קבוצות טרנזיטיביות
הגדרה  0.12קבוצה  Aנקראת טרנזיטיבית אם לכל  x ∈ Aולכל  y ∈ xמתקיים .y ∈ A
)(y ∈ x ∈ A → y ∈ A
דוגמא
}}∅{ A = {∅,
זוהי קבוצה עם שני אברים ,האיבר הראשון קבוצה ריקה ,האיבר השני קבוצה המכילה איבר אחד ־ הוא הקבוצה
ריקה.
 Aקבוצה טרנזיטיבית .הוכחה :נניח x ∈ A
 .1אם ∅ =  xאז ודאי )באופן ריק( כי לכל  y ∈ xמתקיים .y ∈ A
 .2אם  ,y ∈ x ,{∅} = xאז אכן .y ∈ A
5
תורת הקבוצות202 ,־.88
מסכם :בועז מתן.
מרצה :ד"ר אסף רינות.
טענה  0.13אם  Aטרנזיטיבית אז גם } A ∪ {Aטרנזיטיבית.
הוכחה :נניח } x ∈ A ∪ {Aו־ .y ∈ x
 .1אם  ,x ∈ Aאז היות ו־  Aטרנזיטיבית ,ומתקיים  ,y ∈ x ∈ Aהרי ש־ }.y ∈ A ⊆ A ∪ {A
 .2אם  ,x = Aאז היות ו־  ,A = x 3 yהרי ש־ .A ∪ {A} ⊇ A 3 y
טענה  A 0.14טרנזיטיבית ⇒⇐ לכל .x ⊆ A ,x ∈ A
טענה  A 0.15טרנזיטיבית ⇒⇐ לכל .x ∈ P (A) ,x ∈ A
טענה  A 0.16טרנזיטיבית ⇒⇐ ).A ⊆ P (A
טענה  0.17אם  Fמשפחה של קבוצות טרנזיטיביות ,אז }F = {x | ∀A ∈ F : x ∈ A
T
טרנזיטיבית.
T
הוכחה :יהי  ,x ∈ Fונניח .y ∈ x
T
נבקש להראות כי . F 3 y
לשם כך ,נקבע  A ∈ Fשרירותית ,ונבקש להראות כי .y ∈ A
T
כיוון ש־ ,x ∈ A ,x ∈ F
כיוון ש־  Aטרנזיטיבית  ,y ∈ Aכמבוקש.
טענה  0.18אם  Fמשפחה של קבוצות טרנזיטיביות ,אז }F = {x | ∃A ∈ F : x ∈ A
הוכחה :נניח F
S
∈  xו־ .y ∈ x
יהי  A ∈ Fכך ש־ .x ∈ A
היות ו־  Aטרנזיטיבית ,מתקיים  ,y ∈ Aואז F
S
∈ .y
S
טענה  A 0.19טרנזיטיבית ⇒⇐ . A ⊆ A
6
S
טרנזיטיבית.
				
											        © Copyright 2025