(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。