विटाली समुच्चय

गणित में, एक विटाली समुच्चय वास्तविक संख्याओं के एक समुच्चय का एक प्राथमिक उदाहरण है, जो लेबेस्ग उपाय नहीं है, जिसे 1905 में ग्यूसेप विटाली द्वारा अनुसन्धानित किया गया था। विटाली प्रमेय अस्तित्व प्रमेय है कि ऐसे समुच्चय हैं। अनगिनत विटाली समुच्चय हैं, और उनका अस्तित्व पसंद के स्वयंसिद्ध पर निर्भर करता है। 1970 में, रॉबर्ट एम. सोलोवे ने पसंद के स्वयंसिद्ध के बिना ज़र्मेलो-फ्रेंकेल समुच्चय सिद्धांत के एक मॉडल का निर्माण किया, जहां वास्तविक संख्याओं के सभी समुच्चय लेबेस्गु मापन योग्य हैं, एक दुर्गम कार्डिनल के अस्तित्व को मानते हुए ( कोकिला मॉडल देखें)।

मापने योग्य समुच्चय
कुछ समुच्चयों की एक निश्चित 'लंबाई' या 'द्रव्यमान' होता है। उदाहरण के लिए अंतराल (गणित) [0, 1] को लंबाई 1 माना जाता है; प्रायः, अंतराल [ए, बी], ए ≤ बी, को लंबाई बी − ए माना जाता है। यदि हम ऐसे अंतरालों को समान घनत्व वाली धातु की छड़ों के रूप में सोचते हैं, तो उनके पास भी अच्छी तरह से परिभाषित द्रव्यमान होते हैं। समुच्चय [0, 1] ∪ [2, 3] लंबाई एक के दो अंतराल से बना है, इसलिए हम इसकी कुल लंबाई 2 लेते हैं। द्रव्यमान के संदर्भ में, हमारे पास द्रव्यमान 1 की दो छड़ें हैं, इसलिए कुल द्रव्यमान है 2.

यहां एक स्वाभाविक प्रश्न है: यदि E वास्तविक रेखा का एक मनमाना उपसमुच्चय है, तो क्या इसका 'द्रव्यमान' या 'कुल लंबाई' है? एक उदाहरण के रूप में, हम पूछ सकते हैं कि परिमेय संख्याओं के समुच्चय का द्रव्यमान क्या है, यह देखते हुए कि अंतराल [0, 1] का द्रव्यमान 1 है। 1 उचित प्रतीत हो सकता है।

हालांकि द्रव्यमान का निकटतम सामान्यीकरण सिग्मा योगात्मकता  है, जो लेबेस्गु माप को जन्म देता है। यह अंतराल [ए, बी] के लिए बी-ए का माप निर्दिष्ट करता है, लेकिन तर्कसंगत संख्याओं के समुच्चय को 0 का माप प्रदान करेगा, क्योंकि यह गणनीय है। कोई भी समुच्चय जिसमें एक अच्छी तरह से परिभाषित लेबेस्ग माप है, को मापने योग्य कहा जाता है, लेकिन लेबेस्ग माप का निर्माण (उदाहरण के लिए कैराथियोडोरी के विस्तार प्रमेय का उपयोग करके) यह स्पष्ट नहीं करता है कि गैर-मापने योग्य समुच्चय उपस्थित हैं या नहीं। उस प्रश्न के उत्तर में पसंद का स्वयंसिद्ध सम्मिलित है।

निर्माण और प्रमाण
एक विटाली समुच्चय एक उपसमुच्चय $$V$$ का अंतराल  (गणित) $$[0,1]$$ है वास्तविक संख्याओं का ऐसा कि, प्रत्येक वास्तविक संख्या के लिए $$r$$, ठीक एक संख्या है $$v \in V$$ ऐसा है कि $$v-r$$  एक परिमेय संख्या है। विटाली समुच्चय उपस्थित  हैं क्योंकि परिमेय संख्याएँ $$\mathbb{Q}$$ वास्तविक संख्याओं का एक सामान्य उपसमूह बनाएं $$\mathbb{R}$$ इसके अलावा, और यह योज्य भागफल समूह के निर्माण की अनुमति देता है $$\mathbb{R}/\mathbb{Q}$$ इन दो समूहों में से जो  सह समुच्चय  द्वारा गठित समूह है $$r+\mathbb{Q}$$ जोड़ के तहत वास्तविक संख्याओं के उपसमूह के रूप में परिमेय संख्याओं का। इस समूह $$\mathbb{R}/\mathbb{Q}$$ असंयुक्त समुच्चय की स्थानांतरित प्रतियां सम्मिलित  हैं $$\mathbb{Q}$$ इस अर्थ में कि इस भागफल समूह का प्रत्येक तत्व रूप का एक समूह है $$r+\mathbb{Q}$$ कुछ के लिए $$r$$ में $$\mathbb{R}$$. के अगणित समुच्चय तत्व $$\mathbb{R}/\mathbb{Q}$$ एक समुच्चय का विभाजन $$\mathbb{R}$$ अलग समुच्चय में, और प्रत्येक तत्व घने समुच्चय में है $$\mathbb{R}$$. का प्रत्येक तत्व $$\mathbb{R}/\mathbb{Q}$$ काटती है $$[0,1]$$, और पसंद का स्वयंसिद्ध एक सबसमुच्चय के अस्तित्व की गारंटी देता है $$[0,1]$$ के प्रत्येक तत्व में से ठीक एक प्रतिनिधि (गणित) युक्त $$\mathbb{R}/\mathbb{Q}$$. इस तरह से बने समुच्चय को विटाली समुच्चय कहा जाता है।

हर विटाली समुच्चय $$V$$ अगणित है, और $$v-u$$ किसी के लिए तर्कहीन है $$u,v \in V, u \neq v$$.

गैर-मापनीयता
एक विटाली समुच्चय गैर-मापने योग्य नहीं है। इसे दर्शाने के लिए हम यह मान लेते हैं $$V$$, औसत दर्जे का है और हम एक विरोधाभास प्राप्त करते हैं। होने देना $$q_1,q_2,\dots$$ में परिमेय संख्याओं की गणना हो $$[-1,1]$$ (याद रखें कि परिमेय संख्याएँ गणनीय होती हैं)। के निर्माण से $$V$$, ध्यान दें कि अनुवादित समुच्चय $$V_k=V+q_k=\{v+q_k : v \in V\}$$, $$k=1,2,\dots$$ जोड़ो में असंयुक्त हैं, और आगे ध्यान दें कि
 * $$[0,1]\subseteq\bigcup_k V_k\subseteq[-1,2].$$

पहला समावेशन देखने के लिए, किसी भी वास्तविक संख्या पर विचार करें $$r$$ में $$[0,1]$$ और जाने $$v$$ में प्रतिनिधि हो $$V$$ समतुल्य वर्ग के लिए $$[r]$$; तब $$r-v=q_i$$ कुछ तर्कसंगत संख्या के लिए $$q_i$$ में $$[-1,1]$$ जिसका तात्पर्य है $$r$$ में है $$V_i$$.

सिग्मा एडिटिविटी का उपयोग करके इन समावेशन के लिए लेबेस्ग उपाय लागू करें:
 * $$1 \leq \sum_{k=1}^\infty \lambda(V_k) \leq 3.$$

क्योंकि लेबेस्ग उपाय अनुवाद अपरिवर्तनीय है, $$\lambda(V_k) = \lambda(V)$$ और इसलिए
 * $$1 \leq \sum_{k=1}^\infty \lambda(V) \leq 3.$$

लेकिन यह असंभव है। निरंतर की असीमित रूप से कई प्रतियाँ $$\lambda(V)$$ स्थिरांक शून्य है या धनात्मक, इसके अनुसार या तो शून्य या अनंत प्राप्त होता है। किसी भी स्थिति में योग नहीं है $$[1,3]$$. इसलिए $$V$$ सब के बाद मापने योग्य नहीं हो सकता है, यानी लेबेस्ग उपाय $$\lambda$$ के लिए कोई मान परिभाषित नहीं करना चाहिए $$\lambda(V)$$.