(問題) 次の集合は可算集合であるかどうかを確かめよ。
(1) 実数全体の集合 R
(2) 素数全体の集合 P
(3) 無理数全体の集合 I
(考察) 自然数全体と濃度が等しい集合を可算集合といいます。 Z, Q は可算集合です。
また、事実としては R は可算集合ではありません。 まずは、このことを確認しましょう。 そのことを用いて (3) を示します。
(2) は「可算集合の部分集合は有限集合か可算である。」 を用います。 素数が無限に存在することも確認します。
(解答例) (1) R は可算集合ではない。 (証明)
(2) 素数全体の集合 P は可算集合である。
素数全体の集合は N の部分集合です。 N は可算集合で、「可算集合の部分集合は有限集合か可算集合」です。 素数は無限に存在するので、P は可算集合となります。
(3) 無理数全体の集合 I は可算集合ではない。
有理数全体の集合 Q は可算集合であり、Q ∪ I =R です。 もし、I が可算集合ならば、可算集合の和集合も可算集合なので、 Q ∪ I =R も可算集合となり、(1) に矛盾します。