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凸集(convex set)和仿射集(affine set),谁是谁的子集?

作者:三青 时间:2023-05-28 阅读数:人阅读

 

首先,我必须得指出一件事:这题虽然放在拓扑的语境中,但是从拓扑学的角度回答是偏题的。这个题本质上是一个逻辑问题,或者语言问题,而稍微带点一般集合论的东西在里面,和具体的拓扑学概念并无关系。这里的“凸集”“仿射集”完全可以换成和拓扑学无关的另外一对集合论概念——只要在这对概念上能构建一个良定义的“包”,即包含某一集合作为子集且符合这一概念条件的唯一最小集合——而题主的这个问题仍然会出现。

然后,梳理一下题主提出的三个思路:

判定条件上,凸集比仿射集更弱,只对系数大于 00线性组合作出要求。换句话说,判定集合是凸集的判定条件是判定集合是仿射集的判定条件的子集。从具体的点集来说,是仿射集的一定是凸集,反之不然。换句话说,所有仿射集的集合是所有凸集的集合的子集。从点集的包的角度来说,一个点集的凸包是这个点集的仿射包的子集。

可以看出,这三个思路都在各自的意义上成立,而且互不矛盾。顺便,为了验证我一开始提出的观点,接下来我用“序数”“基数”代替“凸集”“仿射集”(一个序数集的“序数包”和“基数包”定义为以这个序数集为子集的唯一最小序数和唯一最小基数,不难证明这和序数集的上确界类似,是良定义的),并且调整一下其他一些概念以避免定义的冲突,来重述一遍这三个思路:

判定条件上,序数比基数更弱,只对集合和自身的元素及元素的元素的关系作出(递归的)要求。换句话说,判定集合是序数的判定条件是判定集合是基数的判定条件的子集。从具体的数来说,是基数的一定是序数,反之不然。换句话说,所有基数的类是所有序数的类的子类。(这里有一个小修改,因为所有基数太多了,不能作为一个集合。)从数集的包的角度来说,一个序数集的序数包是这个序数集的基数包的子集。(例如{1,ω}\{1,\omega\} 的序数包是 ω+1\omega+1 ,但基数包却是大得多得多的 ω1\omega_1 。)

所以题主根本的问题在于说“某类集合是某类集合的子集”的时候,没有搞明白这里的“某类集合”到底是说“判定一个集合是否某类集合的条件”,是说“所有某类集合组成的类(这个类自己可能是个集合,也可能不是)”,还是说“一个具体集合的某类包”。这里就体现了自然语言的模糊性;因为这个模糊性的存在,“某类集合是某类集合的子集”就比“某个集合是某个集合的子集”模糊得多得多了。

细细分析的话,1和2的区别就是逻辑学上所谓内涵和外延的区别——“判定一个物件是否某类物件的条件”就是所谓“‘某类物件’这一概念的含义”,也就是内涵(intension);“所有某类物件组成的类”则是外延(extension)。这是一对对偶的概念——如果A类物件的内涵是B类物件的内涵的子集,那么B类物件的外延就必是A类物件的外延的子集,反之亦然。所以,思路1和思路2不仅是“不互相矛盾”而已,它们是互为充要的。

而2和3的区别则“狭窄”一点,只有在这“某类物件”是“某类集合”的时候才有这个区别存在;这里混淆的或许可以说是“具体的某个很小的某类集合”和“所有这类集合又形成了的那个集合(或者真类)”。不过只要我们这里说的这“某类集合”上有良定义的“包”,3就是可以联系到1的——某个集合的A类包是B类包的子集说明这A类包虽然具备了足够多的元素来满足A类条件,却还不具备足够多的元素来满足B类条件,也就是说A类条件是B类条件的子集,就和1是一样的了。(最开始说某类集合上有良定义的“包”,实际上就是说“对一个不满足这类集合条件的集合适当地加入一些元素,总可以变成满足这类集合条件的集合”——否则“虽然具备了足够多的元素来满足A类条件,却还不具备足够多的元素来满足B类条件”这句话就不能说了,因为不满足B类条件就未必是因为元素“太少”了。)

不过我还是怀疑题主说的这个老师一开始想说的是3,但是却按照论证1的方式论证了。

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