下面的公式使用了上面定义的 macro. \[
\operatorname{ran}A := \{ y \mid (x,y) \in A \}
\]
两个集合 \(A, B\) 的笛卡尔积定义为 \[
A \times B = \{\langle x,y \rangle \mid x \in A \land y \in B \}
\]
显然,笛卡尔积不满足交换律和结合律. 在势的视角下,它的表现如何呢?
定理 1 (笛卡尔积的保势性) 这是一个有 caption 的定理.
\[
A \preccurlyeq C \land B \preccurlyeq D \implies A \times B \preccurlyeq C \times D
\]
证明. 建立单射 \[
\begin{aligned}
\varphi: A \times B &\to C \times D \\
\langle x,y \rangle &\mapsto \langle f(x), g(y) \rangle
\end{aligned}
\] 即可,其中 \(f\) 和 \(g\) 是由 \(A \preccurlyeq C\) 和 \(B \preccurlyeq D\) 确定的单射.
推论 1 等势意义下可用等势的集合替换参与笛卡尔积运算的集合,即 \[
A \approx C \land B \approx D \implies A \times B \approx C \times D
\]
这是一个没有 caption 的定理.
例 1 证明 \[
\mathbb R \times \mathbb N \approx \mathbb N \times \mathbb R \approx \mathbb R
\]
证明. 利用 定理 1 对 \(\mathbb R \times 2\) 和 \(\mathbb R \times \mathbb R\) 夹逼,立刻得到 \[
\mathbb R \approx \mathbb R \times 2 \preccurlyeq \mathbb R \times \mathbb N \preccurlyeq \mathbb R \times \mathbb R \approx \mathbb R
\implies \mathbb R \times \mathbb N \approx \mathbb N \times \mathbb R \approx \mathbb R
\]
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