Conjuntos numéricos/Axiomática de la Teoría de Conjuntos/Esquema Axiomático de Separación

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El Esquema Axiomático de Separación dice que "si a es un conjunto y (P) es una propiedad relativa a conjuntos, entonces existe un conjunto b de manera que c∈b si y sólo si c∈a y c verifica (P)".

Es decir, dado un conjunto y una propiedad relativa a conjuntos, podemos pues obtener el subconjunto de los elementos que verifican esa propiedad.


Consecuencias

Conjunto vacío

Tomemos un conjunto a. Podemos considerar entonces el conjunto de los conjuntos c∈a que verifican la propiedad 𝒫 que dice que "c≠c", es decir, los elementos de a que son distintos de sí mismos. En virtud del Esquema Axiomático de Separación, este conjunto existe. Denotemos a este conjunto por A. Supongamos que existe algún x∈A. Entonces es x∈a y x verifica 𝒫. Es decir, x∈a y x≠x. Según sabemos, x≠x es la negación de x=x, que por el Axioma de Extensión es la negación de que y∈x⇔y∈x. Es decir, por la negación de la doble implicación, o bien existe un y∈x tal que y∉x, o bien existe un y∈x tal que y∉x. En cualquier caso tenemos que existiría algún y∈x de forma que y∉x, lo cual es una contradicción. Así pues, nuestra suposición de que existía algún conjunto x∈A es falsa. Concluimos que este conjunto no contiene elemento alguno, razón por la cual lo denomiamos conjunto vacío.

¿Qué ocurre si tomamos otro conjunto b≠a de partida? Sean los conjuntos A:={c∈a:c≠c} y B:={d∈b:d≠d}. Si fuese A≠B, en virtud del Axioma de Extensión, debería haber un c∈A tal que c∉B, o bien un d∈B tal que d∉A. En el primer caso, existiría entonces un c∈a de manera que c≠c, pero ya hemos visto que no existe ningún conjunto así. Luego no existe ningún c∈A de manera que c∉B. De manera totalmente análoga se demuestra que no existe ningún d∈B de forma que d∉A. Esto demuestra que e∈A si y sólo si e∈B, luego ha de ser A=B. Queda demostrado que el conjunto vacío no depende del conjunto a que tomemos para construirlo, luego podemos decir que existe un único conjunto vacío, al que denotaremos por ∅.

Intersección de conjuntos

Sea a un conjunto no vacío cualquiera, y sea b∈a. Podemos considerar la propiedad de conjuntos "pertenecer a cada uno de los elementos de a". Entonces c cumplirá esta propiedad si c es un conjunto que pertenece a d, cualquiera que sea el d∈a, lo cual se expresa así: c:d∈a⇒c∈d. Así, definimos la intersección de la familia de conjuntos a como ∩a:={c∈b:d∈a⇒c∈d}.

Es importante señalar que no podemos prescindir de tomar un conjunto b∈a de partida, porque de otra manera no podemos aplicar el Esqema Axiomático de Separación a nuestra propiedad. Pero el conjunto ∩a no depende del conjunto b∈a que tomemos de partida. En efecto, sean b,b′∈a con b≠b′. Consideremos el conjunto B:={c∈b:d∈a⇒c∈d} y el conjunto B′:={c∈b′:d∈a⇒c∈d}. Si c∈B, tenemos que c∈d, cualquiera que sea el d∈a. En particular, como b′∈a, se cumple que ha de ser c∈b′, pero como además d∈a⇒c∈d, se cumple que c∈B′. Es decir, B⊂B′. De manera análoga se cumple que B′⊂B, y de ahí se obtiene que B=B′, es decir, la intersección de la familia de conjuntos a no depende del conjunto b que tomemos de partida.

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