集合的元素是不涉及顺序问题的.例如,集合{a,b}是一个对元素的次序无要求的集合,其元素就是a和b.其“次序”就是对a和b来说,可以无规则地放到一起,即{a,b}={b,a}.为了满足许多应用,我们需要把a和b按照某种方式配对,以使得a和b可以按次序出现.于是,我们把这种情况定义为有序对,记作〈a,b〉.其中:a是有序对的第一坐标,b是有序对的第二坐标.我们通过以下的方式来定义两个有序对相等.即:两个有序对相等当且仅当它们的第一坐标和第二坐标分别都相等.特别要保证当a≠b时,〈a,b〉≠〈b,a〉.
我们可以有许多定义〈a,b〉的方式,现在给出一个.这是1921年波兰数学家K.库兰达夫斯基给出的一个定义.
定义3.1 〈a,b〉={{a},{a,b}}.
若a≠b,那么〈a,b〉这个集合有两个元素,一个元素是单元集{a},另一个元素是a和b两个元素的无序对集合{a,b}.若a=b,则〈a,a〉={{a},{a,a}}={{a}},它只有一个元素.显然,有序对〈a,b〉的两个坐标都是唯一确定的.下面我们给出一个定理.
定理3.1 〈a,b〉=〈a′,b′〉当且仅当a=a′且b=b′.
证明 若a=a′,且b=b′,当然会有:〈a,b〉={{a},{a,b}}={{a′},{a′,b′}}=〈a′,b′〉.
下面的证明比较复杂.假设〈a,b〉=〈a′,b′〉,亦即:
因此必有
同时成立.由(2)式,可得
中必有一个成立.由(3)式可得(www.daowen.com)
中必有一个成立.
若(4)式成立,即得a=a′,此时当(6)式成立时,可得a=b=a′.再由(1)式得{a}={a,b′},故b′=a.所以有:a=a′,b=b′.当(7)式成立时,可得b=b′或者a=b=a′=b′.不论怎样,结论总成立.
若(5)式成立,有a=a′=b′,当(6)式成立时,可得a=b=a′=b′成立.当(7)式成立时,也有a=b=a′=b′.综上所述,不论在哪一种情况下,结论都成立.
用处理有序对的方法,我们还可以定义三元有序组〈a,b,c〉=〈〈a,b〉,c〉;四元有序组〈a,b,c,d〉=〈〈a,b,c〉,d〉,以及n元有序组.
定义3.2 设ai(i=1,2,…,n)都是集合.如果一个有序对的第一坐标为(n-1)元有序组,那么称它为n元有序组,记作〈〈a1,a2,…,an-1〉,an〉,简记为〈a1,a2,…,an〉.当n=1时,一元有序组为〈a〉=a.当n=2时,〈a1,a2〉就是二元有序对.当n=3时,〈a1,a2,a3〉就是三元有序组.
对于n元有序组,我们有类似于定理3.1的结论.
定理3.2 〈a1,a2,…,an〉=〈b1,b2,…,bn〉当且仅当
a1=b1,a2=b2,…,an=bn.
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