डेडेकाइंड अनंत समुच्चय

गणित में, एक समुच्चय A डेडेकाइंड-अनंत है (जर्मन गणितज्ञ रिचर्ड डेडेकाइंड के नाम पर) यदि A का कुछ उचित उपसमुच्चय B, A के बराबर है। स्पष्ट रूप से, इसका अर्थ यह है कि A से A के कुछ उचित उपसमुच्चय B पर एक विशेषण फलन उपस्थित है। एक समुच्चय 'डेडेकाइंड-परिमित' है यदि वह डेडेकाइंड-अनंत नहीं है (अर्थात, ऐसी कोई एकैक आच्छादन उपस्थित नहीं है)। 1888 में डेडेकाइंड द्वारा प्रस्तावित, डेडेकाइंड-अनंतता "अनंत" की पहली परिभाषा थी जो प्राकृतिक संख्याओं की परिभाषा पर निर्भर नहीं करती थी।

एक साधारण उदाहरण है $$\mathbb{N}$$, प्राकृतिक संख्याओं का समुच्चय। गैलीलियो के विरोधाभास से, एक एकैक आच्छादन उपस्थित है जो प्रत्येक प्राकृतिक संख्या n को उसके वर्ग संख्या n2 में प्रतिचित्रित करता है। चूँकि वर्गों का समुच्चय एक उचित उपसमुच्चय है $$\mathbb{N}$$, $$\mathbb{N}$$ डेडेकाइंड-अनंत है।

जब तक गणित के मूलभूत संकट ने समुच्चय सिद्धांत के अधिक सावधानीपूर्वक उपचार की आवश्यकता नहीं दिखाई, तब तक अधिकांश गणितज्ञों ने यह धारणा मौन रखी कि एक समुच्चय अनंत समुच्चय है यदि और केवल यदि वह डेडेकाइंड-अनंत है। बीसवीं सदी की शुरुआत में, ज़र्मेलो-फ्रेंकेल सेट सिद्धांत, जो आज स्वयंसिद्ध सेट सिद्धांत का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला रूप है, को रसेल के विरोधाभास जैसे विरोधाभासों से मुक्त सेट के सिद्धांत को तैयार करने के लिए एक स्वयंसिद्ध प्रणाली के रूप में प्रस्तावित किया गया था। पसंद के मूल रूप से अत्यधिक विवादास्पद स्वयंसिद्ध (जेडएफसी) के साथ ज़र्मेलो-फ्रेंकेल सेट सिद्धांत के स्वयंसिद्ध सिद्धांतों का उपयोग करके कोई यह दिखा सकता है कि एक सेट डेडेकाइंड-परिमित है यदि और केवल यदि यह सामान्य अर्थ में परिमित सेट है। हालाँकि, पसंद के स्वयंसिद्ध (जेडएफ) के बिना ज़र्मेलो-फ्रेंकेल सेट सिद्धांत का एक मॉडल मौजूद है जिसमें एक अनंत, डेडेकाइंड-परिमित सेट मौजूद है, जो दर्शाता है कि जेडएफ के स्वयंसिद्ध यह साबित करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं हैं कि हर सेट जो डेडेकाइंड है -परिमित तो परिमित है. डेडेकाइंड द्वारा दी गई परिमितता के अलावा परिमितता के लिए आवश्यक और पर्याप्त शर्तें हैं जो पसंद के सिद्धांत पर निर्भर नहीं करती हैं।

एक अस्पष्ट रूप से संबंधित धारणा डेडेकाइंड-परिमित वलय की है।

अनंत समुच्चय की सामान्य परिभाषा के साथ तुलना
अनंत समुच्चय की इस परिभाषा की तुलना सामान्य परिभाषा से की जानी चाहिए: एक समुच्चय A परिमित समुच्चय होता है जब इसे किसी परिमित क्रमसूचक संख्या, अर्थात् प्रपत्र के समुच्चय के साथ आक्षेप में नहीं रखा जा सकता है {0, 1, 2, ..., n&minus;1} कुछ प्राकृतिक संख्या n के लिए - एक अनंत समुच्चय वह है जो वस्तुत: परिमित नहीं है, आक्षेप के अर्थ में।

19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध के दौरान, अधिकांश गणितज्ञों ने बस यह मान लिया कि एक सेट अनंत है यदि वह डेडेकाइंड-अनंत है। हालाँकि, इस तुल्यता को ज़र्मेलो-फ्रेंकेल सेट सिद्धांत के स्वयंसिद्ध सेट सिद्धांत के साथ पसंद के सिद्धांत (एसी) (आमतौर पर 'जेडएफ' के रूप में दर्शाया जाता है) के बिना साबित नहीं किया जा सकता है। समतुल्यता साबित करने के लिए एसी की पूरी ताकत की आवश्यकता नहीं है; वास्तव में, दो परिभाषाओं की तुल्यता गणनीय विकल्प (सीसी) के सिद्धांत की तुलना में सख्ती से कमजोर है। (नीचे संदर्भ देखें।)

ZF में डेडेकाइंड-अनंत सेट
एक सेट ए 'डेडेकाइंड-अनंत' है यदि यह निम्नलिखित समतुल्य ('जेडएफ' से अधिक) शर्तों में से किसी एक और फिर सभी को संतुष्ट करता है: यह दोहरी रूप से डेडेकाइंड-अनंत है यदि: यह कमजोर रूप से डेडेकाइंड-अनंत है यदि यह निम्नलिखित समतुल्य (जेडएफ से अधिक) शर्तों में से किसी एक को, और फिर सभी को संतुष्ट करता है: और यह अनंत है यदि:
 * इसमें एक गणनीय समुच्चय उपसमुच्चय है;
 * ए तक गणनीय अनंत सेट से एक इंजेक्शन मानचित्र मौजूद है;
 * एक फ़ंक्शन है (गणित) f : A → A वह विशेषण फलन है लेकिन विशेषण फलन नहीं;
 * एक इंजेक्शन समारोह है f : N → A, जहां N सभी प्राकृतिक संख्याओं के समुच्चय को दर्शाता है;
 * एक फंक्शन है f : A → A वह विशेषण है लेकिन विशेषण नहीं है;
 * 'ए'' से गणनीय अनंत सेट पर एक विशेषण मानचित्र मौजूद है;
 * ए का पावरसेट डेडेकाइंड-अनंत है;
 * किसी भी प्राकृत संख्या n के लिए, {0, 1, 2, ..., n−1} से A तक कोई आपत्ति नहीं है।

फिर, ZF निम्नलिखित निहितार्थ सिद्ध करता है: डेडेकाइंड-अनंत ⇒ दोहरी डेडेकाइंड-अनंत ⇒ कमजोर डेडेकाइंड-अनंत ⇒ अनंत।

अनंत डेडेकाइंड-परिमित सेट वाले ZF के मॉडल मौजूद हैं। मान लीजिए ए एक ऐसा समुच्चय है, और बी ए से परिमित इंजेक्शन अनुक्रमों का समुच्चय है। चूंकि ए अनंत है, फ़ंक्शन अंतिम तत्व को बी से अपने आप में छोड़ देता है, यह विशेषण है लेकिन विशेषण नहीं है, इसलिए बी दोहरी रूप से डेडेकाइंड-अनंत है। हालाँकि, चूंकि ए डेडेकाइंड-परिमित है, तो बी भी ऐसा ही है (यदि बी में एक गणनीय अनंत उपसमुच्चय है, तो इस तथ्य का उपयोग करते हुए कि बी के तत्व इंजेक्शन अनुक्रम हैं, कोई ए) का अनगिनत अनंत उपसमुच्चय प्रदर्शित कर सकता है)।

जब सेट में अतिरिक्त संरचनाएं होती हैं, तो दोनों प्रकार की अनंतता को कभी-कभी ZF के बराबर साबित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, ZF साबित करता है कि एक सुव्यवस्थित सेट डेडेकाइंड-अनंत है यदि और केवल यदि यह अनंत है।

इतिहास
इस शब्द का नाम जर्मन गणितज्ञ रिचर्ड डेडेकाइंड के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने पहली बार स्पष्ट रूप से इसकी परिभाषा पेश की थी। यह उल्लेखनीय है कि यह परिभाषा अनंत की पहली परिभाषा थी जो प्राकृतिक संख्याओं की परिभाषा पर निर्भर नहीं करती थी (जब तक कि कोई पोंकारे का अनुसरण नहीं करता है और संख्या की धारणा को सेट की धारणा से भी पहले नहीं मानता है)। हालाँकि ऐसी परिभाषा बर्नार्ड बोलजानो को ज्ञात थी, लेकिन 1819 में प्राग में चार्ल्स विश्वविद्यालय से उनके राजनीतिक निर्वासन की शर्तों के कारण उन्हें किसी भी लेकिन सबसे अस्पष्ट पत्रिकाओं में अपना काम प्रकाशित करने से रोका गया था। इसके अलावा, बोल्ज़ानो की परिभाषा अधिक सटीक रूप से एक संबंध थी इसे एक अनंत समुच्चय की परिभाषा के बजाय दो अनंत समुच्चयों के बीच रखा जाता है।

लंबे समय तक, कई गणितज्ञों ने इस विचार पर भी विचार नहीं किया कि अनंत सेट और डेडेकाइंड-अनंत सेट की धारणाओं के बीच कोई अंतर हो सकता है। वास्तव में, अंतर वास्तव में तब तक महसूस नहीं किया गया जब तक कि अर्नेस्ट ज़र्मेलो ने एसी को स्पष्ट रूप से तैयार नहीं किया। अनंत, डेडेकाइंड-परिमित सेटों के अस्तित्व का अध्ययन 1912 में बर्ट्रेंड रसेल और अल्फ्रेड नॉर्थ व्हाइटहेड द्वारा किया गया था; इन सेटों को पहले मध्यस्थ कार्डिनल या डेडेकाइंड कार्डिनल कहा जाता था।

गणितीय समुदाय के बीच पसंद के सिद्धांत की सामान्य स्वीकृति के साथ, अनंत और डेडेकाइंड-अनंत सेटों से संबंधित ये मुद्दे अधिकांश गणितज्ञों के लिए कम केंद्रीय हो गए हैं। हालाँकि, डेडेकाइंड-अनंत सेटों के अध्ययन ने परिमित और अनंत के बीच की सीमा को स्पष्ट करने के प्रयास में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, और एसी के इतिहास में भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

पसंद के स्वयंसिद्ध से संबंध
चूंकि प्रत्येक अनंत सुव्यवस्थित सेट डेडेकाइंड-अनंत है, और चूंकि एसी सुव्यवस्थित प्रमेय के बराबर है, जिसमें कहा गया है कि प्रत्येक सेट को सुव्यवस्थित किया जा सकता है, स्पष्ट रूप से सामान्य एसी का तात्पर्य है कि प्रत्येक अनंत सेट डेडेकाइंड-अनंत है। हालाँकि, दोनों परिभाषाओं की तुल्यता एसी की पूर्ण शक्ति की तुलना में बहुत कमजोर है।

विशेष रूप से, ZF का एक मॉडल मौजूद है जिसमें एक अनंत सेट मौजूद है जिसमें कोई गणनीय सेट उपसमुच्चय नहीं है। इसलिए, इस मॉडल में, एक अनंत, डेडेकाइंड-परिमित सेट मौजूद है। उपरोक्त के अनुसार, इस मॉडल में ऐसे सेट को सुव्यवस्थित नहीं किया जा सकता है।

यदि हम अभिगृहीत CC (अर्थात्, AC) मान लेंω), तो यह इस प्रकार है कि प्रत्येक अनंत सेट डेडेकाइंड-अनंत है। हालाँकि, इन दोनों परिभाषाओं की समानता वास्तव में सीसी से भी कमज़ोर है। स्पष्ट रूप से, ZF का एक मॉडल मौजूद है जिसमें प्रत्येक अनंत सेट डेडेकाइंड-अनंत है, फिर भी CC विफल रहता है (ZF की स्थिरता मानते हुए)।

अनंत के तुल्यता का प्रमाण, गणनीय विकल्प का सिद्धांत मानते हुए
यह कि प्रत्येक डेडेकाइंड-अनंत सेट अनंत है, इसे ZF में आसानी से सिद्ध किया जा सकता है: प्रत्येक परिमित सेट में परिभाषा के अनुसार कुछ परिमित क्रमसूचक n के साथ एक आक्षेप होता है, और कोई n पर प्रेरण द्वारा साबित कर सकता है कि यह डेडेकाइंड-अनंत नहीं है।

गणनीय विकल्प के स्वयंसिद्ध (निरूपण: अभिगृहीत सीसी) का उपयोग करके कोई व्यक्ति इसका विपरीत सिद्ध कर सकता है, अर्थात् प्रत्येक अनंत समुच्चय X, डेडेकाइंड-अनंत है, इस प्रकार:

सबसे पहले, प्राकृतिक संख्याओं पर (अर्थात, परिमित क्रमसूचकों पर) एक फ़ंक्शन को परिभाषित करें f : N → Power(Power(X)), ताकि प्रत्येक प्राकृतिक संख्या n के लिए, f(n) आकार n के f(n) कभी खाली नहीं होता, अन्यथा X परिमित होता (जैसा कि n पर प्रेरण द्वारा सिद्ध किया जा सकता है)।

f की छवि (गणित) गणनीय समुच्चय है {f(n) जिनके सदस्य स्वयं अनंत (और संभवतः बेशुमार) सेट हैं। गणनीय विकल्प के सिद्धांत का उपयोग करके हम इनमें से प्रत्येक सेट से एक सदस्य चुन सकते हैं, और यह सदस्य स्वयं एक्स का एक सीमित उपसमुच्चय है। अधिक सटीक रूप से, गणनीय विकल्प के सिद्धांत के अनुसार, एक (गणनीय) सेट मौजूद है, n ∈ N}, ताकि प्रत्येक प्राकृतिक संख्या n के लिए, g(n) f(n) का सदस्य हो और इसलिए आकार n के X का एक परिमित उपसमुच्चय हो।

अब, हम U को G के सदस्यों के संघ के रूप में परिभाषित करते हैं। U, X का एक अनंत गणनीय उपसमुच्चय है, और प्राकृतिक संख्याओं से U पर एक आपत्ति है, h : N → U, आसानी से परिभाषित किया जा सकता है। अब हम एक आक्षेप को परिभाषित कर सकते हैं B : X → X \ h(0) जो प्रत्येक सदस्य को यू में नहीं लेता है, और प्रत्येक प्राकृतिक संख्या के लिए एच (एन) लेता है h(n + 1). इसलिए, एक्स डेडेकाइंड-अनंत है, और हमारा काम हो गया।

सामान्यीकरण
श्रेणी सिद्धांत में व्यक्त | श्रेणी-सैद्धांतिक शब्दों में, एक सेट ए डेडेकाइंड-परिमित है यदि सेट की श्रेणी में, प्रत्येक एकरूपता f : A → A एक समरूपता#श्रेणी_सैद्धांतिक_दृष्टिकोण है। एक वॉन न्यूमैन नियमित रिंग आर में (बाएं या दाएं) आर-मॉड्यूल (गणित) की श्रेणी में समान संपत्ति होती है यदि और केवल यदि आर में, xy = 1 तात्पर्य yx = 1. अधिक आम तौर पर, डेडेकाइंड-परिमित अंगूठी कोई भी अंगूठी होती है जो बाद की स्थिति को संतुष्ट करती है। सावधान रहें कि एक अंगूठी डेडेकाइंड-परिमित हो सकती है, भले ही उसका अंतर्निहित सेट डेडेकाइंड-अनंत हो, उदाहरण के लिए। पूर्णांक#बीजगणितीय_गुण।

संदर्भ

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 * Lam, Tsit-Yuen. A first course in noncommutative rings. Volume 131 of Graduate Texts in Mathematics. 2nd ed. Springer, 2001. ISBN 0-387-95183-0
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Dedekind-unendlich