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非可算集合とは?

ひかさんしゅうごう

可算集合とは、自然数との一対一対応が不可能なほど要素個数が多い、いわば「数え切れない」無限集合のことです。

可算集合(ひかさんしゅうごう、英:uncountable set)とは、集合論における概念で、自然数全体の集合と一対一対応(全単射)を作ることができない無限集合のことを指します。

無限集合の「大きさ」を比べるために、数学ゲオルク・カントールは「濃度(cardinality)」という概念を導入しました。自然数・整数・有理数のように自然数と一対一対応できる集合は「可算無限集合」と呼ばれますが、実数全体の集合はそれよりも「大きい」無限であることをカントールは対角線論法によって証明しました。

実数全体の集合が非可算である理由は次のように直感できます。0と1の間の実数を小数で表そうとすると、どんなリストを作っても必ずリストにない実数が構成できる(対角線論法)ため、自然数との対応が原理的に不可能です。

非可算集合の具体例としては以下があります。

  • 実数全体の集合 ℝ
  • 任意の開区間・閉区間(例:[0, 1])
  • 複素数全体の集合
  • 自然数のべき集合(部分集合全体の集合)

非可算性の概念は、解析学・位相幾何学・計算理論など現代数学の広い領域で基礎をなしています。

使い方・例文

大学数学の集合論の授業や教科書で、「有理数は可算だが実数は非可算集合である」という対比の中で登場します。プログラミングの計算可能性理論でも「計算できる関数は可算、実数関数全体は非可算」という議論で使われます。

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