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集合と位相の問題

難易度 1教科書の例題レベル大学数学 集合と位相

, とする。 を のべき集合( の部分集合全体の集合)とし、 を単射 全体の集合とする。直積集合

の濃度 を求めよ。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(6 技能)
算数中学高校大学大学院

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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 樹形図で数え上げる
  2. 積の法則と和の法則
  3. 和の法則・積の法則と樹形図
  4. 順列・円順列・重複順列
  5. 組合せ
  6. 写像・単射の個数と集合の濃度

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

べき集合の濃度 、単射の個数 、直積の濃度 を使います。

ヒント 2

と分けて、それぞれを求めます。単射 は の行き先を互いに異なるように選ぶことに対応します。

ヒント 3

、 です。あとは積を計算します。

答えと解説

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解説を読む

, である。

手順 1:べき集合の濃度を求める。 のとき である( の各元について「 に入れる・入れない」の 通りがあるため)。 なので

手順 2:単射の個数を求める。 , のとき、単射 の個数は である( の行き先を、互いに異なるように順に選ぶため)。, なので

手順 3:直積の濃度を求める。 有限集合 に対し である(積の法則)。 の選び方と の選び方は互いに影響しないので

よって である。

別解

。単射 の個数は 。直積の濃度は各濃度の積なので 。検算: の元 1,2,3 の像の選び方は順に 4,3,2 通りで 24 通り。部分集合は各元を含むか含まないかで 通り。よって 。

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