Microsoft Word - Reel Analiz 1 30 Ekim 2006.pdf
Microsoft Word - Reel Analiz 1 30 Ekim 2006.pdf
Microsoft Word - Reel Analiz 1 30 Ekim 2006.pdf
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
1. KÜMELER TEORİSİ<br />
1. Giriş.<br />
Modern matematiğin en önemli kullanım araçlarından birisi kümeler teorisidir.<br />
Kümeler teorisi çalışmaları matematiğin temelinde kullanılışı 20. yüzyılın başlangıcında Frege,<br />
Russel ve diğerleri tarafından başlamıştır ve matematiğin yalnız başına kümeler teorisi üzerine<br />
kurulabileceği ortaya çıkmıştır. Aslında çoğu matematik bilgilerini ve teorisini kümeler teorisi<br />
üzerine kurmak kolaydır, fakat maalesef kümeler teorisi Frege ve Russel’in varsaydığı gibi o<br />
kadar da kolay değildir. Çünkü çok geçmeden kümeler teorisinin kritik yapılmadan özgürce<br />
kullanılmasının çelişkilere neden olacağı ortaya çıkmıştır ve kabaca söyleyecek olursak,<br />
kümeden bahsederken kümeyle her şeyi kasdetmeye çalışırsak yani çok geniş bir şekilde<br />
kümeleri tanımlarsak çelişki ortaya çıkar. Bu kitapta çelişkileri önlemek için<br />
incelemelerimizde verilen belli bir X uzayı ya da kümesini ya da bir X kümesinin elemanları<br />
olan kümeleri ya da elemanları X in alt kümeleri olan kümeler sınıfını ya da elemanları X in<br />
alt kümelerinin aileleri olan ve benzer şekilde olan kümeleri gözönüne alacağız. İlk bir kaç<br />
bölümde de çoğu zaman X reel sayılar kümesini gösterecektir.<br />
Bu bölümde kümeler ile ilgili daha sonra kullanılacak kavramları açıklayacağız. Kümeler<br />
teorisi ile ilgili zorlayıcı ispatlardan ziyade doğrudan makul daha anlaşılır incelemeyi açıklayıcı<br />
olarak vermek amacımız olacaktır.<br />
Doğal sayılar (pozitif tamsayılar) bu kitapta önemli rol oynayacaktır. IN ile doğal sayılar<br />
kümesini göstereceğiz. Tümevarım prensibinin ve iyi sıralanma prensibininin de sağlandığını<br />
bileceğiz.<br />
Şimdi bir çoğu daha önceden bildiğiniz, incelememiz için gerekli olan kümeler teorisi ile<br />
ilgili bilgileri vereceğiz.<br />
Küme (veya cümle) deyince belli özelliğe sahip nesnelerin iyi tanımlı bir topluluğunu<br />
kastedeceğiz ve kümeyi meydana getiren nesnelere de kümenin elemanlari diyeceğiz.<br />
Kümeleri A, B, C, ..., X, V, W, Y, Z gibi büyük harflerle ve elemanları da a, b, c, ..., x, v, w,<br />
y, z gibi kücük harflerle göstereceğiz. a bir A kümesinin elemanı ise a∈A ile gosterecek, bir<br />
b elemanının bir A kümesine ait olmamasını ise b∉A şeklinde yazacağız. Kümeler ya<br />
elemanlarını kıvrımlı parantez içine yazmak suretiyle, örneğin a, b, c gibi üç elemandan ibaret<br />
olan bir kümeyi { a, b, c } şeklinde göstereceğiz. { a, b } ifadesinde sıralama önemli<br />
değildir, yani { a, b } ={ b, a } dır. Bu sebepten { a, b } gösterimine sırasız ikili ( sırasız<br />
çift) denir.<br />
1
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
Hiç elemanı olmayan kümeye boş küme adı verilir ve ∅ veya { } şeklinde gösterilir. Bir A<br />
kümesinin her elemanı bir diğer B kümesinin elemanı oluyorsa A ya B nin bir alt kümesi (<br />
A ya B tarafından kapsanır veya B, A yi kapsar ya da B, A nin üst kümesidir) denir ve<br />
bu A⊂B şeklinde gösterilir. Bunu biz x∈A ise x∈B dir şeklinde de ifade edebiliriz. Boş<br />
küme her kümenin alt kümesidir. Eğer A⊂B ve B⊂A oluyorsa A ile B kümelerine esittir<br />
denir ve bu A=B yazılarak gösterilir. Bir A kümesi diğer bir B kümesinin alt kümesi<br />
değilse, A⊂B ifadesinde alt küme isaretinin üzerine bir eğik çizgi çizilerek gösterilir. Eğer<br />
A⊂B ve B⊂C ise A⊂C olduğu (p⇒q ve q⇒r) ise p⇒r olduğu gerçeğinden<br />
görülmektedir.<br />
Sıralı çift ya da sıralı ikili de ise elemanların sırası önemlidir, Sıralı çiftleri (a,b) şeklinde<br />
göstereceğiz. (a,b)=(c,d) olması için gerek ve yeter koşul a=c ve b=d olmasıdır. Sıralı<br />
ikililerde elemanların sırası değişirse sıralı değişir, yani (a,b)≠(b,a) dır. Benzer şekilde sıralı<br />
üçlüleri gözönüne alabiliriz. (a,b,c) sıralı üçlüsünde a, b ve c nin sırası önemlidir.<br />
(a,b,c)=(x,y,z) olması için gerek ve yeter koşul a=x , b=y ve c=z olmasıdır. X ile Y iki<br />
küme ise X ile Y nin kartezyen çarpımı birinci elemanları X kümesine ait olan ve ikinci<br />
elemanları Y kümesine ait olan bütün sıralı ikililerin kümesidir ve XxY ile gösterilir. Benzer<br />
şekilde X , Y ve Z kümeler ise bu üç kümenin XxYxZ kartezyen çarpım kümesi de birinci<br />
elemanları X kümesine, ikinci elemanları Y kümesine ve üçüncü elemanları da Z kümesine<br />
ait olan bütün sıralı üçlülerin kümesi olacaktır. XxX yerine X 2 gösterimi ve XxXxX yerine<br />
X 3<br />
gösterimi kullanılacaktır.<br />
Alıştırmalar<br />
1) {x : x ≠ x} = φ olduğunu gösteriniz.<br />
2) x ∈φ<br />
ise x in yeşil gözlü bir aslan olduğunu gösteriniz.<br />
3) Genel olarak Xx(YxZ) kümesi ile (XxY)xZ kümesinin farklı olduğunu ancak bu<br />
kümelerin her birisi ile XxYxZ kümesi arasında doğal bir eşlemenin var olduğunu gösteriniz.<br />
4) İyi sıralama prensibinin tümevarım prensibini gerektirdiğini {n∈IN: P(n) yanlış} kümesini<br />
göz önüne alarak ispat ediniz.<br />
5) İyi sıralama prensibini elde etmek için matematiksel tümevarım prensibini kullanınız. [<br />
Elemanları pozitif tamsayı olan IN in bir alt kümesi için “ n∈S olduğunda S en küçük<br />
elemana sahip olsun” önermesine P(n) diyelim].<br />
2
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
2. Fonksiyonlar<br />
Fonksiyon kavramını vermeden önce kartezyen çarpım ve bağıntı tanımlarını ifade edelim:<br />
A ve B iki küme olsun. a∈A, b∈B olmak üzere bütün (a,b) sıralı ikililerinin kümesine A<br />
ile B nin kartezyen çarpımı denir ve AxB ile gösterilir. Buna göre,<br />
AxB = { (a,b) : a∈A ve b∈B }<br />
dir. AxB nin BxA ya eşit olması ancak A=B özel durumunda karşımıza çıkar. Ayrıca<br />
Ax∅=∅xA=∅ dir.<br />
AxB nin her bir alt kümesine A dan B ye bağıntı denir. Eğer β bir bağıntı ve (a,b)∈β<br />
ise aβb yazarak gösterilir.<br />
Eger X den Y ye bir f bağıntısı için her x∈X için (x,y)∈f olacak sekilde bir y∈Y varsa<br />
ve (x,y)∈f ve (x,z)∈f olması y=z olmasını gerektiriyorsa f ye X den Y ye bir<br />
fonksiyon denir ve (x,y)∈f yerine f(x)=y yazılır ve f : X|Y gösterimi kullanılır. X<br />
kümesine f nin tanım kümesi ve<br />
{y∈Y : en az bir x∈X için y=f(x) }<br />
kümesine f nin görüntü kümesi denir ve f(X) ile gösterilir. Her x 1, x 2∈X için f(x 1)=f(x 2)<br />
olması x 1=x 2 olmasını gerektiriyorsa f fonksiyonuna birebirdir denir eğer f(X)=Y<br />
oluyorsa X den Y ye f fonksiyonuna örtendir denir.<br />
Buna göre X den Y ye bir f fonksiyonunun birebir olması için gerek ve yeter kosul x 1#x 2<br />
özelliğini saglayan her x 1, x 2∈X için f(x 1)#f(x 2) olmasıdır ve örten olması için gerek ve yeter<br />
koşul her y∈Y için f(x)=y olacak sekilde en az bir x∈X elemanının var olmasıdır.<br />
f, X den Y ye bir fonksiyon ise A⊂X için<br />
f(A)={ y : y∈Y ve y=f(x) olacak sekilde en az bir x∈A vardır }<br />
dir ve f(A) ya A nin f altında görüntüsü denir ve B⊂Y olmak üzere { x : f(x)∈B }<br />
kümesine B kümesinin ters görüntüsü denir ve f -1 (B) ile gösterilir. Buna göre<br />
f -1 (B) = { x : f(x)∈B }<br />
dir.<br />
{ (x,f(x)) : x∈X } kümesine f fonksiyonunun grafiği denir ve G f ile gösterilir. Buna gore<br />
G f = { (x,f(x)) : x∈X }<br />
dir.<br />
f ve g tanım kümeleri sırasıyla X ve Z olan fonksiyonlar olsun. Eğer X=Z ve<br />
her x∈X için f(x)=g(x) oluyorsa f ile g fonksiyonları eşittir denir ve bu f=g yazılarak<br />
gösterilir.<br />
3
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
f ve g tanım kümeleri sırasıyla X ve Z olsun. Eğer Z⊂X ve her x∈Z için g(x)=f(x)<br />
oluyorsa g ye f in Z ye kısıtlaması denir ve f /Z ile gösterilir.<br />
I : X → X fonksiyonu her x∈X için I(x)=x özelliğini sağlıyorsa I fonksiyonuna<br />
özdeşlik fonksiyonu denir ve alışıldığı üzere I ile gösterilir. g : X → X ve Z⊂X olmak<br />
üzere her x∈Z için g(x)=x oluyorsa g ye özdeşleyen fonksiyon denir.<br />
Z ye<br />
f : X→ Y ve g : Y→ Z ise f ile g nin gof seklinde gösterilen bileşke fonksiyonu X den<br />
gof = {(x,z) : x∈X ve ∃ y∈Y için (x,y)∈f ve (y,z)∈g }<br />
biciminde tanımlanan fonksiyondur. gof ile fog nin farklı olduğunu eşitliğin ancak çok özel<br />
durumlarda söz konusu olduğunu görüyoruz.<br />
Fonksiyonları sıralı ikililer olarak tanımlayabiliyoruz. Sıralı ikilileri de fonksiyon<br />
yardımıyla tanımlıyabiliyoruz. Bir sıralı ikili tanım kümesi {1,2} kümesi olan bir fonksiyondur.<br />
Benzer şekilde n terimli sonlu bir dizi tanım kümesi {i∈IN: i≤n} kümesi olan bir fonksiyondur.<br />
Benzer şekilde sonsuz bir dizi tanım kümesi doğal sayılar kümesi olan bir fonksiyondur. Bir<br />
dizinin değer kümesi bir X kümesinde ise X de bir dizi ya da X in elemanlarının bir dizisi<br />
diyeceğiz. Dizilerle uğraşırken alışılmış fonksiyon notasyonundan farklı olarak fonksiyonun I<br />
deki değerini x i olarak göstereceğiz ve bu değere dizinin i-inci elemanı diyeceğiz. Sıralı n-liyi<br />
n<br />
( x i )<br />
i= 1 ile ve sonsuz dizileri ∞<br />
( x i ) i =1 ile göstereceğiz. Bir (x i ) dizisinin değer kümesini<br />
{ x i} i<br />
∞ =1 ile göstereceğiz. Böylece sıralı n-li<br />
olacaktır.<br />
n<br />
( x i )<br />
i= 1 nin değer kümesi n<br />
{ xi}<br />
i = 1<br />
sırasız n-li<br />
Bir A kümesi sonlu bir dizinin değer kümesi ise A kümesine sonlu küme denir, eğer bir dizinin<br />
değer kümesi ise A kümesine sayılabilir küme denir.( Çoğu yazar sayılabilir kümesinin<br />
kullanılışını sonsuz ve sayılabilir kümelere kısıtlarlar ancak bizim tanımımız sonlu kümeleri de<br />
sayılabilir kümeler olarak almaktadır.<br />
Bir dizi tanımlamanın en yararlı yollarından biri aşağıdaki prensip ile verilmektedir:<br />
Ardışık tanımlama prensibi: Bir X kümesinden kendisine bir fonksiyon f olsun ve a da<br />
X in bir elemanı olsun. Bu takdirde x 1 =a ve her bir i için x i+1 =f(x i ) olacak şekilde bir tek (x i )<br />
sonsuz dizisi vardır.<br />
Böyle bir dizinin varlığı sezgisel olarak açıktır: x 1 =a , x 2 =f(a), x 3 =f(f(a)) ve böyle devam ederek<br />
tanımlayalım. Daha formal bir ispat aşağıdaki gibi verilebilir: Önce her bir n doğal sayısı için<br />
( n)<br />
n<br />
x<br />
1 = a ve 1≤i
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
olacak şekilde<br />
n<br />
x 1 ,<br />
n<br />
x 2 , …,<br />
n<br />
x n biçiminde bir tek sonlu dizinin var olduğunu n e göre<br />
tümevarımla ispat edelim. Teklikten dolayı, 1≤n≤m<br />
için<br />
( n)<br />
( m)<br />
x i = x i elde edilir. Böylece<br />
eğer x n =<br />
(n)<br />
( n)<br />
x n olarak tanımlarsak, x i = xi<br />
gereklerini sağladığını görürüz.<br />
elde ederiz ve x i<br />
dizisinin prensibimizin<br />
Bu prensibin biraz daha geneli aşağıdadır: Her bir n doğal sayısı için f n fonksiyonu X n<br />
den X e olsun ve a∈X olsun. Bu takdirde x 1 =a ve x i+1 =f i (x 1 , x 2 ,…,x i ) olacak şekilde X<br />
den alınan bir tek (x i ) dizisi vardır.<br />
Dizi kavramı ile ilgili önemli bir tanım da alt dizi kavramıdır. IN den IN e bir g<br />
fonksiyonu eğer (i>j) ⇒ (g(i)>g(j) ) oluyorsa monotondur denir. f sonsuz bir dizi olduğunda (<br />
yani, tanım kümesi IN olan bir fonksiyon ise ) eğer h=fog olacak şekilde IN den IN e<br />
monoton bir g fonksiyonu varsa h ya f sonsuz bir alt dizisi denir. Eğer f yi (f i ) olarak ve<br />
ve g yi (g i ) olarak yazarsak, fog yi de (<br />
f g i<br />
) olarak yazarız.<br />
Problemler<br />
6. Boş olmayan bir X uzayından Y içine bir dönüşüm f : X→Y olsun. f fonksiyonunun<br />
birebir olması için gerek ve yeter koşul gof in X üzerinde özdeşlik dönüşümü olacağı şekilde ,<br />
yani her x∈X için g(f(x))=x olacak şekilde bir g : Y→ X dönüşümünün var olmasıdır.<br />
7. X den Y ye bir dönüşüm f : X→Y olsun. Eğer fog fonksiyonu Y üzerinde özdeşlik<br />
dönüşümü olacak şekilde yani her y∈Y için f(g(y))=y olacak şekilde bir g: Y→X<br />
dönüşümü varsa f in örten olduğunu ispat ediniz( Karşıtı için problem 20 ye bakınız.).<br />
8. Yukarıda konu içinde ifade edilen genelleştirilmiş ardışık tanım prensibini matematiksel<br />
tümevarımı kullanarak ispat ediniz.<br />
3. Birleşim, Arakesit ve Tümleyen<br />
A nın elemanı olup da B nin elemanı olmayan elemanların kümesine B nin A ya<br />
göre tümleyeni denir ve A\B ile gösterilir. Bazen A\B ye A dan B nin farki kümesi de denir.<br />
A nin evrensel küme dedigimiz, ilgilendigimiz bütün kümeleri kapsayan en buyuk kümeye göre<br />
tümleyeni \A veya A t ile ya da X evrensel küme olmak üzere X\A ile gösterilir.<br />
5
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
Hem A da hem de B de bulunan elemanların kümesine A ile B nin kesişim (veya<br />
arakesit) kümesi denir ve A∩B ile gösterilir. Buna göre,<br />
A∩B = { x : x∈A ve x∈B }<br />
dir. A da veya B de ( burada veya kelimesi ile hem A da hem B de olan elemanlar ile A da<br />
ya da B de bulunan elemanlar kastediliyor) bulunan elemanların kümesine A ile B nin<br />
birleşim kümesi denir ve A∪B ile gösterilir. Bunu<br />
A∪B = { x : x∈A veya x∈B }<br />
ile gösteririz. Kesişimin birleşim üzerine ve birleşimin kesişim üzerine dağılma özellikleri<br />
vardır, yani<br />
A∩(B∪C) = (A∩B)∪(A∩C) ve A∪(B∩C) = (A∪B)∩(A∪C)<br />
dir. İki kümenin kesişim ve birleşiminin tümleyenlerine iliskin De Morgan kuralları<br />
X\(A∪B) =(X\A)∩(X\B) ve X\(A∩B) = (X\A)∪(X\B)<br />
dir.<br />
Kümelerin çok sayıda elemandan oluşması halinde indisler kullanarak { x i : i∈I }<br />
şeklinde ya da kümenin elemanlarının sahip olduğu özelliği belirleyen kuralı yazmak<br />
suretiyle gösterilir. Mesela rasyonel sayılar kümesi Q={p/q :p∈Z ve q∈N } şeklinde<br />
gösterilir.<br />
I, herhangi bir küme olmak üzere, { x i : i∈I } kümesine indislendirilmis küme denir.<br />
Örneğin, { 1, 3, 5 } kümesi I={ 1, 2, 3 } olmak üzere x i =2i-1 yazarsak { x i : i∈I }<br />
şeklinde gösterilebilecektir.Başka iki örnek olarak, tüm tek doğal sayıların kümesi N 1 = { 2i-1:<br />
i∈N } ve tüm çift doğal sayıların kümesi N 2 = { 2i: i∈N } şeklinde gösterilebilecektir.<br />
Herhangi bir I indis kümesi tarafından<br />
{G i : i∈I } ise bu ailenin elemanlarınin birleşimi olan küme<br />
{ x : en az bir i∈I için x∈G i }<br />
olup,<br />
i∪∈I<br />
Gi<br />
Ayni ailenin kesişimi de<br />
{ x : her i∈I için x∈G i }<br />
veya ∪ { G i : i∈I } ya da Gi<br />
I∪<br />
olup, i<br />
∈<br />
∩<br />
I G i veya ∩ {G i : i∈I } ya da Gi<br />
I∩<br />
üzerinden kesişim ve birleşim için aşağıdaki eşitlikleri veriyoruz.<br />
indislendirilmis kümelerin herhangi bir ailesi<br />
şeklinde yazılarak gösterilir.<br />
şeklinde gösterilir. Boş sınıf<br />
6
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
∪ { G i : i∈∅ } = ∅ ve ∩ { G i : i∈∅ } = X.<br />
Bir X kümesinin bütün alt kümelerinin oluşturduğu kümeye X in kuvvet kümesi denir ve P(X) (<br />
veya 2 X ) ile gösterilir.<br />
Bir kümeler ailesinin birleşim ve kesişiminin tümleyenlerine iliskin De Morgan kurallarını<br />
aşağıda veriyoruz:<br />
{ G i : i∈I } ⊂ P(X) olduğuna göre aşağıdakiler sağlanır:<br />
(i) X\( ∩ { G i : i∈I }) = ∪ { X\G i : i∈I }<br />
(ii) X\( ∪ {G i : i∈I }) = ∩ { X\G i : i∈I }<br />
İspat. (i) Eşitliğin doğru olduğunu ispatlamak için eşitliğin iki yanındaki her bir kümenin<br />
biribirinin altkümesi<br />
olduğunu göstereceğiz. Yani<br />
X\( ∩ { G i : i∈I }) ⊂ ∪ { X\G i : i∈I }<br />
ve<br />
∪ { X\G i : i∈I } ⊂ X\( ∩ { G i : i∈I })<br />
olduğunu ispatlayacağız. Önce<br />
X\( ∩ { G i : i∈I }) ⊂ ∪ { X\G i : i∈I }<br />
olduğunu gosterelim. Bunun için herhangi bir x∈ X\( ∩ { G i : i∈I })<br />
alalım. Bu takdirde, x∈X ve x∉( ∩ { G i : i∈I }) dir. Buradan<br />
x∈X ve en az bir i∈I için x∉G i dir. Dolayısıyla en az bir<br />
i∈I için x∈X\G i dir. Boylece<br />
x∈ ∪ { X\G i : i∈I } olur. Buradan<br />
X\( ∩ { G i : i∈I }) ⊂ ∪ { X\G i : i∈I }<br />
elde edilmis olur. Simdi de<br />
∪ { X\G i : i∈I } ⊂ X\( ∩ { G i : i∈I })<br />
7
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
olduğunu ispat edelim. Bunun için herhangi bir x∈∪ { X\G i : i∈I } alalım. Bu durumda en az<br />
bir i∈I için x∈X\G i olur. Buradan x∈X ve en az bir i∈I için x∉G i elde edilir. Dolayısıyla<br />
x∈X ve x∉∩ { G i : i∈I } ve dolayısıyla x∈X\( ∩ { G i : i∈I }) elde edilir.<br />
Böylece<br />
∪ { X\G i : i∈I } ⊂ X\( ∩ { G i : i∈I })<br />
olduğu gösterilmis olur. (i) in sagındaki eşitliğin her iki yani biribirinin alt kümesi olduğundan<br />
(i) deki eşitliğin doğru olduğu gosterilmis oldu.<br />
Simdi de (ii) nin ispatını verelim. (i) deki eşitligi kullanarak bunu kısaca ispat edebiliriz.<br />
(i) deki eşitlikte G i ler yerine X\G i kümelerini alır ve X\(X\A)=A olduğunu<br />
kullanırsak,<br />
X\( ∩ { X\G i : i∈I }) = ∪ { X\(X\G i) : i∈I } = ∪ { G i : i∈I })<br />
elde ederiz. Yani<br />
∪ { G i : i∈I }) = X\( ∩ { X\G i : i∈I })<br />
olur. Bu eşitliğin her iki yanının X e göre tümleyeni alınırsa,<br />
X\( ∪ { G i : i∈I }) =X\(X\( ∩ { X\G i : i∈I })) = ∩ { X\G i : i∈I }<br />
bulunur. Bu da ispatı tamamlar.<br />
A\B kümesi ile B\A kümesinin birleşimi kümesine A<br />
A∆B ile gösterilir. Buna göre<br />
A∆B = (A\B)∪(B\A)<br />
ile B nin simetrik farki denir ve<br />
dir. Buna göre A∆B=B∆A olduğunu görüyoruz. Ayrıca A∆B nin (A∪B)\(A∩B) kümesine<br />
esit olduğu kolayca görülür. Yani A∆B=(A∪B)\(A∩B) dir. İki kümenin simetrik farkının<br />
tümleyeni ise birinin tümleyeni ile diğerinin simetrik farkına eşittir. Yani<br />
(A∆B) t =A t ∆B=A∆B t<br />
dir. Bu eşitlikten faydalanarak iki kümenin simetrik farkının o kümelerin<br />
tümleyenlerinin<br />
simetrik farkına eşit olduğu gösterilebilir. İki kümenin simetrik farkının boş olması için<br />
gerek ve yeter koşul birbirlerine esit olmasıdır. Simetrik farkın kümelerden birine eşit olması<br />
için gerek ve yeter koşul diğerinin boş olmasıdır. Kesişimin simetrik fark üzerine dağılma<br />
özelliği vardır, ancak birleşimin simetrik fark üzerine dağılma özelliği yoktur.<br />
8
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
1.1. ALISTIRMALAR ( BİRLEŞİM , ARAKESİT , TÜMLEYEN )<br />
(9) Aşağıdaki eşitliklerin sağlandığını ispatlayınız. (a) ∅ t =X (b) X t =∅ (c)<br />
A∪A = A (d) A∩A = A<br />
(e) A∪∅=A (f) A∩∅=∅ (g) A∪X=X (h) A∩X = A<br />
(i) A\B=A∩B t (i) A∩(B∩C)=(A∩B)∩C (j) A∪(B∪C)=(A∪B)∪C<br />
(k) A∩(B∪C) = (A∩B)∪(A∩C) (l) A∪(B∩C) = (A∪B)∩(A∪C)<br />
(m) (A∪B)\C = (A\C)∪(B\C) (n) (A∩B)\C = (A\C)∩(B\C)<br />
(o) A t \B t =B\A (o) (A\B)\C=A\(B∪C)<br />
(p) A∩(B\C)=(A∩B)\(A∩C) (r) A\(B∪C)=(A\B)∩(A\C)<br />
(s) P(A∩B)=P(A)∩P(B)<br />
(10) A ve B herhangi iki küme olsun. Aşağıdakileri ispatlayınız.<br />
(a) A∩B⊂A (b) A∩B⊂B (c) A⊂A∪B (d) B⊂A∪B<br />
(e) P(A)∪P(B) ⊂ P(A∪B)<br />
(11) A ve B iki küme olsun. A⊂B olmasının aşağıdaki koşullardan herbirine denk<br />
olduğunu ispatlayınız.<br />
(a) B t ⊂A t (b) A∩B t =∅ (c) A∩B=A (d) A∪B=B<br />
(e) A∪(B\A)=B (f) B\(B\A)=A<br />
(g) her bir C kümesi için A∪(B∩C)=B∩(C∪A) dir.<br />
(h) en az bir D kümesi için A∪(B∩D)=B∩(D∪A) dir.<br />
(i) P(A)⊂P(B)<br />
(12) A⊂B⊂C ise B\A⊂C\A ve C\(B\A)=A∪(C\B) dir. Ispat ediniz.<br />
(13) A, B ve C herhangi kümeler olmak üzere aşağıdaki denklikleri ispatlayınız:<br />
(a) A⊂B∪C olması için gerek ve yeter koşul A\B⊂C olmasıdır.<br />
(b) A⊂B∪C olması için gerek ve yeter koşul A\C⊂B olmasıdır.<br />
(14) A ve B herhangi kümeler olmak üzere aşağıdaki esitliklerin sağlandığını<br />
gösteriniz:<br />
(a) A∪(B\A) = A∪B (b) B∪(A\B) = A∪B (c) A\(A\B) = = A∩B<br />
15) A, B ve C herhangi kümeler olduğuna gore aşağıdakilerin sağlandığını gösteriniz:<br />
a) A∆B = B∆A ve A∩(B∆C)=(A∩B)∆(A∆C) dir.<br />
b) A∆B=∅ olması için gerek ve yeter koşul A=B olmasıdır.<br />
c) A∆B=X ⇔ A=B t<br />
9
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
d) A∆φ=A ve A∆X=A t<br />
e) A∆B=A olmasi icin gerek ve yeter koşul B=∅ olmasıdır.<br />
f) A∆B=B olmasi icin gerek ve yeter kosul A=∅ olmasıdır.<br />
g) B\(A∆B) = A∩B (h) (c) A∆B =(A∪B)\(A∩B) (ı) A∆B = A t ∆B t (i) (A∆B) t = A t ∆B<br />
(j) B∪(B∆A) = A∪B<br />
(k) A∪(A∆B) = A∪B (Yol Gösterme: A∆B=(A∪B)\(A∩B) olduğunu kullanınız.).<br />
(l) A∆(A\B)=A∩B (m) B∆(B\A)=A∩B (n) A\(A∆B)= A∩B (o) A∆(B∪A t ) =<br />
(A∩B) t (k) B∆(A∪B t ) = (A∩B) t<br />
(ö) A∆B = [A∆(A∪B)]∪[A∆(A∩B)] (p) A∆B = [B∆(A∪B)]∪[B∆(A∩B)]<br />
(16) f , X den Y ye bir fonksiyon A⊂X ve C⊂Y olsun. Bu takdirde aşağıdakilerin<br />
sağlandığını ispat ediniz:<br />
(a) A ⊂ B ise f(A) ⊂ f(B) dir;<br />
(b) C ⊂ D ise f -1 (C) ⊂ f -1 (D) dir;<br />
(c) A ⊂ f -1 (f(A))<br />
(d) f(f -1 (C)) ⊂ C<br />
(e) f birebirse f -1 (f(A)) ⊂ A dir;<br />
(f) f örtense C⊂f(f -1 (C)) dir.<br />
(17) Bir X kümesinden bir Y kümesine bir f fonksiyonunun birebir olmasi icin gerek ve<br />
yeter kosul X in her A alt kümesi icin A=f -1 (f(A)) olmasıdır. İspat ediniz.<br />
(18) Aşağıdakileri ispat ediniz.<br />
a) f nin birebir olması icin gerek ve yeter koşul X in her A alt kümesi için f(A)∩f(A t )=∅<br />
olmasıdır.<br />
b) f nin örten olmasi icin gerek ve yeter koşul Y nin her B alt kümesi icin f(f -1 (B))=B<br />
olmasıdır.<br />
c) f nin örten olması için gerek ve yeter koşul X in her A alt kümesi icin Y\f(A)⊂f(X\A)<br />
olmasıdır.<br />
4. Küme Cebiri ( Boole Cebiri)<br />
Boş olmayan bir X kümesinin alt kümelerinin bir sınıfı α olsun. Eğer aşağıdaki özellikler<br />
sağlanıyorsa α ya bir küme cebiri (ya da Boole cebiri) denir.<br />
(i) A,B∈α ise A∪B∈ α dir,<br />
10
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
(ii) A∈α ise A t ∈α dir.<br />
De Morgan kurallarından aşağıdaki özellik elde edilir.<br />
(iii) A,B∈α ise A∩B∈ α dir, gerçekten; A∩B=(A t ∪ B t ) t<br />
olduğu gerçeği göz önünde<br />
bulundurulduğunda, küme cebiri özellikleri kullanılarak, elde edilir.<br />
Eğer X in alt kümelerinin bir α sınıfı (ii) ve (iii) özelliklerini sağlıyorsa bu takdirde De<br />
Morgan kurallarından (i) özelliğini sağlar dolayısıyla küme cebiri ( Boole cebiri) olur.<br />
Sonlu defa birleşim alarak, A 1 , A 2 ,....,A n kümeleri α sınıfının elemanları iseler, A 1 ∪ A 2 ∪<br />
....∪A n birleşim kümesi de α sınıfının elemanıdır. Benzer şekilde, A 1 , A 2 ,....,A n kümeleri α<br />
sınıfının elemanları iseler, A 1 ∩ A 2 ∩....∩A n arakesit kümesinin de α sınıfının elemanı<br />
olduğu, sonlu defa arakesit alarak, görülür.<br />
Örnek 1. Boş olmayan her X kümesi için 2 X bir küme cebiridir. Çünkü;<br />
(i) A∈2 X ve B∈2 X ise A∪B∈2 X ve<br />
(ii) A∈2 X ise A t ∈2 X dir.<br />
Örnek 2. Boş olmayan her X kümesi için α={φ,X} sınıfı bir küme cebiridir. Çünkü;<br />
(i) φ,X∈α ise φ∪X∈α dir ve<br />
(ii) φ t =X∈α ve X t =φ dir.<br />
Örnek 3. X=IN aldığımızda, α={φ,IN, {1,3,5,...,2n-1,...},{2,4,6,...,2n,...}} sınıfının IN<br />
üzerinde bir küme cebiri olduğunu görüyoruz.<br />
Küme cebiri ile ilgili birkaç önerme vereceğiz. Bunlardan ilkini aşağıda veriyoruz:<br />
1. Önerme. X in alt kümelerinin herhangi bir sınıfı κ olsun. Bu takdirde κ yı kapsayan en<br />
küçük bir α küme cebiri vardır, yani β sınıfı κ yi kapsayan bir küme cebiri olduğunda β<br />
sınıfı α sınıfını kapsayacak şekilde κ sınıfını kapsayan bir α küme cebiri vardır.<br />
İspat. X in alt kümelerinin κ yi kapsayan bütün küme cebirlerinin ailesi γ olsun.<br />
α=∩{β: β∈γ} yazalım. Bu takdirde α sınıfı κ nın bir alt sınıfıdır, çünkü, γ deki her β<br />
sınıfı α yi kapsar, Hatta α bir küme cebiridir. Çünkü; A ve B kümeleri α nın elemanı ise<br />
bu takdirde her bir β∈γ için A∈β ve A∈β dır. β bir küme cebiri olduğundan dolayı<br />
A∪B∈β dır. Bu her bir β∈γ için sağlandığından dolayı A∪B∈α dır. Benzer şekilde A∈α<br />
ise A t ∈α olduğunu gösterebiliriz. Gerçekten A∈α ise her bir β∈γ için A∈β dır. β<br />
küme cebiri olduğundan dolayı A t ∈β dır. Bunu her β∈γ için yapabildiğimizden A t ∈α dır.<br />
α nın tanımından κ yı kapsayan herhangi bir β küme cebiri için β⊃α olur. Bu da ispatı<br />
tamamlar.<br />
11
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
2. Önerme. α bir küme cebiri ve (A i ) de α nın elemanlarının bir dizisi olsun. Bu<br />
takdirde n≠m için B n ∩B m =φ ve<br />
∞ ∞<br />
U B i = U<br />
i=<br />
1 i=<br />
1<br />
olacak şekilde α nın elemanlarının bir (B i ) dizisi vardır.<br />
İspat. (A i ) sonlu olduğu zaman önerme aşikar olduğundan (A i ) yi sonsuz bir dizi olarak<br />
kabul edebiliriz. B 1 =A 1 yazalım ve her n>1 doğal sayısı için<br />
B n =A n ∼[A 1 ∪A 2 ∪...∪A n-1 ]=A n ∩[∼A 1 ]∩[∼A 2 ]∩ ... ∩[∼A n-1 ]<br />
yazalım. α nın elemanlarının arakesitleri ve tümleyenleri yine α da olduğundan her bir n<br />
doğal sayısı için B n ∈α dır. Aynı zamanda her n doğal sayısı için B n ⊂A n dir. m
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
bir dizisi ise<br />
∞<br />
U<br />
i=1<br />
A birleşimi de α da olmalıdır. σ-cebiri tanımını küme cebiri tanımdan<br />
i<br />
ayrı olarak aşağıdaki şekilde yazabiliriz.<br />
Boş olmayan bir X kümesinin alt kümelerinin bir sınıfı α olsun. Eğer aşağıdaki<br />
özellikler sağlanıyorsa α ya σ-cebiri denir.<br />
(σ i) Her n∈IN için A n ∈ A ise U A ∈α<br />
dir,<br />
(σ ii) A∈α ise A t ∈α dir.<br />
∞<br />
n=<br />
1<br />
n<br />
De Morgan kurallarından α nın elemanlarının sayılabilir bir sınıfının arakesiti de yine α<br />
dadır:<br />
(σ iii) Her n∈IN için A n ∈ A ise I A ∈α<br />
dir. Gerçekten;<br />
∞<br />
n=<br />
1<br />
n<br />
∞<br />
I<br />
n=<br />
1<br />
n<br />
∞<br />
U<br />
n=<br />
1<br />
t<br />
n<br />
A = ( A ) A,B∈α<br />
olduğu gerçeği göz önünde bulundurulduğunda, σ-cebiri özellikleri kullanılarak, elde edilir.<br />
Eğer X in alt kümelerinin bir α sınıfı (σii) ve (σiii) özelliklerini sağlıyorsa bu takdirde De<br />
Morgan kurallarından (σi) özelliğini sağlar dolayısıyla σ-cebiri olur.<br />
Örnek 1. Boş olmayan her X kümesi için 2 X<br />
(i) Her n∈IN için A n ∈2 X ise ∪A n ∈2 X<br />
(ii) A∈2 X ise A t ∈2 X dir.<br />
bir σ-cebiridir. Çünkü;<br />
Örnek 2. Boş olmayan her X kümesi için α={φ,X} sınıfı bir σ-cebiridir. Çünkü;<br />
(i) φ,X∈α ise φ∪X∈α dir ve<br />
(ii) φ t =X∈α ve X t =φ dir.<br />
ve<br />
Örnek 3. X=IN aldığımızda, α={φ,IN, {1,3,5,...,2n-1,...},{2,4,6,...,2n,...}} sınıfının IN<br />
üzerinde bir σ-cebiri olduğunu görüyoruz.<br />
Örnek 4. α={φ,IN, {1,3,5,...,2n-1,...},{2,4,6,...,2n,...}} yazalım. α sınıfının IN üzerinde bir σ-<br />
cebiri olduğunu görüyoruz.<br />
Önerme 1 in ispatının biraz değişik şekilde düzenlenmesi bize aşağıdaki önermeyi verir.<br />
t<br />
3.Önerme X in alt kümelerinin herhangi bir sınıfı γ olsun. Bu takdirde γ yı kapsayan en<br />
küçük bir σ-cebiri vardır. Yani γ yı kapsayan herhangi bir σ-cebiri β ise α⊂β olacak şekilde<br />
γ yı kapsayan bir α σ-cebiri vardır.<br />
Problem.<br />
13
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
19. Önerme 3 ü ispatlayınız.<br />
İspat. X in alt kümelerinin κ yi kapsayan bütün σ-cebirlerinin ailesi γ olsun.<br />
α=∩{β: β∈γ} yazalım. Bu takdirde α sınıfı κ nın bir alt sınıfıdır, çünkü, γ deki her β<br />
sınıfı α yi kapsar, Hatta α bir σ-cebiridir. Çünkü; Her n∈IN için A n kümeleri α nın<br />
elemanı ise bu takdirde her bir β∈δ için A n ∈β dır. β bir σ-cebiri olduğundan dolayı<br />
∪ n A n ∈β dır. Bu her bir β∈γ için sağlandığından dolayı ∪ n A n ∈α dır. Benzer şekilde A∈α<br />
ise A t ∈α olduğunu gösterebiliriz. Gerçekten A∈α ise her bir β∈γ için A∈β dır. β<br />
sınıfı σ-cebiri olduğundan dolayı A t ∈β dır. Bunu her β∈γ için yapabildiğimizden A t ∈α<br />
dır. α nın tanımından κ yı kapsayan herhangi bir β σ-cebiri için β⊃α olur. Bu da ispatı<br />
tamamlar.<br />
5. Seçme Aksiyomu ve Sonsuz Direkt (Kartezyen) Çarpımlar<br />
Kümeler teorisinde önemli bir aksiyom seçme aksiyomu adıyla bilinen aksiyomdur. Bu aksiyom<br />
diğer aksiyomlardan bir dereceye kadar daha elementerdir ve diğerlerinden bağımsız olarak<br />
bilinir. Çoğu matematikçi seçme aksiyomu ve sonuçlarını kullanma konusunda çok açık olmayı<br />
sever, ancak biz bu aksiyomu kullanma konusunda oldukça rahat davranacağız. Aksiyomu<br />
aşağıda veriyoruz:<br />
Seçme Aksiyomu. Boş olmayan kümelerin herhangi bir sınıfı α olsun. Bu takdirde her bir<br />
A∈α kümesine karşılık A da bir F(A) elemanı karşılık gelecek şekilde α üzerinde tanımlı<br />
bir F fonksiyonu vardır.<br />
Buradaki F fonksiyonu seçme aksiyomu adını alır ve varlığı α daki A kümelerinin herbiri<br />
için A da bir eleman seçmenin sonucu olarak düşünülebilir. α daki kümelerin sayısı sonlu ise<br />
bunu yapmada hiçbir zorluk yoktur, fakat α nın sonsuz olması durumunda seçme aksiyomuna<br />
ihtiyacımız vardır. Eğer α daki kümeler ayrıksa, seçme aksiyomunu, α daki kümelerin her<br />
birinden bir üye alınarak oluşturulan bir temsilci seçmenin olasılığını iddia etmek olarak<br />
düşünebiliriz.<br />
Bir I indis kümesi ile indislendirilmiş kümelerin bir sınıfı α={X i } olsun. ∏ i X i direkt<br />
çarpımını, I ile indislendirilmiş bütün {x i } kümelerinin x i ∈X i özelliğine sahip sınıfı olarak<br />
tanımlıyoruz. Eğer I={1,2} ise X 1 ve X 2 kümelerinin daha önce verdiğimiz X 1 xX 2<br />
kartezyen çarpımı tanımı karşımıza çıkar. Eğer z={x i } elemanı ∏ i X i nin bir elemanı ise x i<br />
ye z nin i inci koordinatı denir ve z={x i }<br />
yerine z=(x i ) yazılır.<br />
14
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
Eğer X i lerin bir tanesi boş kümeyse ∏ i X i kartezyen çarpım kümesi de boştur. Seçme<br />
aksiyomu aşağıdaki karşıt ifadeye eşdeğerdir: Eğer X i lerin hiç biri boş değilse, bu takdirde<br />
∏ i X i kartezyen çarpım kümesi de boş değildir. Bu sebepten dolayı Bertrand Russell seçme<br />
aksiyomu yerine çarpımsal aksiyom demeyi tercih etmiştir.<br />
Problem<br />
20. f : X→Y dönüşümü Y üzerine olsun. Bu takdirde fog bileşkesi Y üzerinde özdeşlik<br />
fonksiyonu olacak şekilde bir g:Y→X dönüşümü vardır. [ { A : A=f -1 [{y}] olacak şekilde en<br />
az bir y∈Y vardır.} sınıfına seçme aksiyomunu uygulayınız. ].<br />
6 Sayılabilir Kümeler<br />
Daha önce bir kümenin bir dizinin değerler kümesi olduğunda sayılabilir küme olduğunu<br />
belirtmiştik. Sonlu bir dizinin değer kümesi oluyorsa sonlu küme deriz, ancak sonsuz bir dizinin<br />
değer kümesi de sonlu olabilir. Aslında boş olmayan her sonlu küme sonsuz bir dizinin değer<br />
kümesidir. Örneğin; {x 1 , x 2 , ..., x n } kümesi 1 ≤ i ≤ n için x i =x i ve i>n için x i =x n olarak<br />
tanımlanan (x i ) dizisinin değer kümesidir. Eğer sonlu terimi biribirinden farklı dizinin değil de<br />
sonsuz terimi biribirinden farklı bir dizinin değer kümesi oluyorsa kümeye sayılabilir sonsuz<br />
küme denir. Doğal sayılar kümesi IN sayılabilir sonsuz kümeye bir örnektir.<br />
Konumuzda daha fazla ilerlemeden boş küme ile ilgili düşünelim. Boş küme hiçbir dizinin değer<br />
kümesi değildir. Bununla beraber, boş kümeyi sonlu ve dolayısıyla sayılabilir olacak şekilde<br />
sonlu ve sayılabilir kümeleri tanımlamak uygun olacaktır.<br />
Tanım Boş küme ya da sonlu bir dizinin değer kümesi olan kümeye sonlu küme denir. Boş<br />
küme ya da bir dizinin değer kümesi olan kümeye sayılabilir (numaralanabilir) küme denir.<br />
Hemen görülebileceği gibi sayılabilir bir kümenin görüntüsü de sayılabilirdir, yani sayılabilir<br />
tanım kümesine sahip her fonksiyonun değer kümesi sayılabilirdir ve benzer bir durum sonlu<br />
kümeler için de vardır.<br />
Biraz farklı fakat denk bir tanım olan birebir eşleme kavramına dayalı tanımı vermek<br />
matematikte yaygın olarak yapılır. Önce sonlu bir küme ile birebir eşleme yapılabilen her kümenin<br />
sonlu olması gerektiğine ve sayılabilir bir küme ile birebir eşleme yapılabilen her kümenin<br />
15
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
sayılabilir olması gerektiğine dikkat ediyoruz. Doğal sayılar kümesi IN sayılabilir fakat sonlu<br />
olmadığından doğal sayılar kümesi IN ile birebir eşleme yapılabilen her küme sayılabilir<br />
sonsuzdur. Bizim burada verdiğimiz tanımın alışılmış geleneksel kullanımına denk olduğunu<br />
göstermek için eğer bir sonsuz E kümesi bir (x n ) dizisinin değer kümesi ise bu takdirde E nin<br />
doğal sayılar kümesi IN ile birebir eşleme yapılabildiğini göstememiz gerekir. . Bunu yapmak<br />
için IN den IN e aşağıdaki şekilde ardışık olarak bir ϕ fonksiyonu tanımlayalım:<br />
ϕ(1)=1 olsun ve ϕ(n+1) değerini i ≤ ϕ(n) özelliğini sağlayan bütün i ler için x m ≠x i olacak<br />
şekildeki en küçük m değeri olarak tanımlayalım. E sonsuz olduğundan böyle bir m sayısı<br />
daima mevcuttur ve IN için iyi sıralama prensibinden dolayı daima böyle bir en küçük m vardır.<br />
n→x ϕ(n)<br />
eşlemesi IN ile E arasında birebir bir eşlemedir. Böylece bir kümenin sayılabilir<br />
sonsuz olması için gerek ve yeter koşulun IN ile birebir eşlenebilmesi olduğunu göstermiş olduk.<br />
Şimdi sayılabilir kümeler ile ilgili bazı basit önermeler verecek duruma geldik:<br />
4. Önerme Sayılabilir bir kümenin her alt kümesi de sayılabilirdir.<br />
İspat. E={x n } kümesi sayılabilir herhangi bir küme olsun ve A da E nin herhangi bir alt<br />
kümesi olsun. A boş ise tanımdan sayılabilirdir. Eğer A boş değilse A dan bir x seçelim. x n ∈A<br />
ise y n =x n ve x n ∉A ise y n =x yazarak yeni bir (y n ) dizisi tanımlayalım. Bu takdirde A kümesi<br />
(y n ) dizisinin değer kümesidir dolayısıyla sayılabilirdir.<br />
5. Önerme A sayılabilir bir küme olsun. Bu takdirde terimleri A dan alınan bütün sonlu dizilerin<br />
kümesi de sayılabilirdir.<br />
İspat. A kümesi sayılabilir olduğundan dolayı doğal sayılar kümesi IN in bir alt kümesi ile<br />
birebir eşleme yapılabilir. Dolayısıyla, bütün doğal sayı dizilerinin S kümesinin sayılabilir<br />
olduğunu ispatlamak yeterlidir. (2,3,5,7,11,…,p k ,…,) dizisi asal sayılar dizisi olsun. Bu takdirde<br />
x1<br />
x1<br />
x k<br />
IN nin her bir n elemanı x i ∈IN o =IN∪{0} ve x k >0 olmak üzere n = 2 .3 ....p<br />
k<br />
şeklinde bir tek çarpım olarak yazılabilir. IN üzerinde tanımlı f fonksiyonu n doğal sayısını<br />
terimleri N o dan alınan (x 1 ,x 2 ,…,x k ) sonlu dizisine karşılık getiren fonksiyon olsun. Bu takdirde<br />
S kümesi f fonksiyonunun değer kümesinin bir alt kümesidir. Bu takdirde S kümesi Önerme 4<br />
den dolayı sayılabilirdir.<br />
6.Önerme Rasyonel sayılar kümesi sayılabilirdir.<br />
7.Önerme Sayılabilir kümelerin sayılabilir birleşimi sayılabilirdir.<br />
İspat. Sayılabilir kümelerin sayılabilir bir sınıfı α olsun. Eğer α daki kümelerin hepsi boş<br />
küme ise birleşimi boş olacak ve dolayısıyla sayılabilir olacaktır. Böylece α nın boş olmayan<br />
16
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
kümeler içerdiğini ve boş kümenin α nın birleşimine hiç bir şey katmayacağından α daki<br />
kümelerin boş olmayan kümeler olduğunu kabul edebiliriz. Böylece her bir A n kümesi<br />
( x nm ) ∞ m =1 sonsuz dizisinin değer kümesi olmak üzere α sınıfı sonsuz bir ( A n ) ∞ n =1 dizisinin<br />
değer kümesidir. (n,m) den x nm e tanımlanan dönüşüm doğal sayıların sıralı çiftlerinin<br />
kümesinden α nın elemanlarının birleşimi üzerine bir fonksiyondur. Doğal sayıların sıralı<br />
ikililerinin kümesi sayılabilir olduğundan, α sınıfının birleşimi de sayılabilir olmalıdır.<br />
Problemler<br />
21. Sonlu bir kümenin her alt kümesi de sonludur.<br />
22. Önerme 4 ve 5 i kullanarak Önerme 6 yı ispat ediniz.[Yol Gösterme:<br />
(p,q,1)→p/q<br />
(p,q,2)→-p/q<br />
(1,1,3)→0<br />
şeklinde tanımlanan fonksiyon tanım kümesi IN in elemanlarının sonlu dizilerinin kümesinin bir<br />
alt kümesi ve değer kümesi rasyonel sayılar kümesi olan bir fonksiyondur.].<br />
23. Terimleri {0,1} kümesinden alınan sonsuz dizilerin E kümesinin sayılamaz olduğunu ispat<br />
ediniz. [ Yol Gösterme: IN den E ye bir fonksiyon E olsun. Bu takdirde f(v) bir ( a vn ) ∞ n =1<br />
dizisidir. b v =1-a vv yazalım. Bu takdirde (b v ) dizisi de terimleri {0,1} in elemanlarından oluşan<br />
bir dizidir ve her bir v∈IN için (b n )≠(a vn ) dir. Bu ispat yöntemi Cantor diagonal işlemi olarak<br />
bilinir.].<br />
24. Bir X kümesinden X in bütün alt kümelerinin p(X) sınıfına bir fonksiyon f olsun. Bu<br />
takdirde f in değer kümesinde olmayan bir E⊂X kümesi vardır. (E={x: x∉f(x) } alınız.).<br />
25. Seçme aksiyomunu ve genelleştirilmiş ardışık tanımını her sonsuz X kümesininn sayılabilir<br />
sonsuz bir alt küme kapsadığını göstermek için kullanınız.<br />
7. Bağıntılar ve Denklikler<br />
Verilen x ve y biribirine x=y , x∈y, x⊂y ifadelerinde olduğu gibi ya da sayılar için x
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
gözönüne aldığımızdan, X üzerindeki her bağıntı grafiği tarafından bir tek olarak tespit edilebilir<br />
ve karşıt olarak, XxX in her bir alt kümesi X üzerindeki bir bağıntının grafiğidir. Böylece<br />
istersek, X üzerindeki bir bağıntıyı onun grafiği ile aynı alabiliriz ve bağıntı tanımını XxX in bir<br />
alt kümesi olarak verebiliriz. Kümeler teorisi ile ilgili çoğu çalışmada bağıntı genel olarak basitçe<br />
sıralı ikililerin bir kümesi olarak verilir.<br />
Eğer X deki her x,y,z için xRy ve yRz olması xRz olmasını gerektiriyorsa R bağıntısına<br />
X kümesi üzerinde geçişmelidir denir. Buna göre = ve < ler reel sayılar kümesi üzerinde<br />
geçişmeli bağıntılardır. Eğer X deki her x ve y için xRy olması yRx olmasını gerektiriyorsa<br />
R bağıntısına X üzerinde simetriktir denir. Eğer her x∈X için xRx oluyorsa R ye X<br />
üzerinde yansımalıdır denir.<br />
X üzerinde geçişmeli, yansımalı ve simetrik olan bir bağıntıya X üzerinde bir denklik<br />
bağıntısıdır denir ya da basitçe X üzerinde bir denkliktir denir. ≡ nın bir X kümesi üzerinde bir<br />
denklik bağıntısı olduğunu kabul edelim. Verilen bir x∈X için E x kümesi x e denk olan<br />
elemanların kümesi olsun, yani E x ={y: y≡x } olsun. Eğer y ve z nin her ikisi de E x de ise bu<br />
takdirde y≡x ve z≡x dir ve simetri ile geçişme özelliklerinden z≡y elde ederiz. O halde E x in<br />
herhangi iki elemanı denktir. Eğer y∈E x ve z≡y ise bu takdirde z≡y ve y≡x dir ki buradan<br />
z≡x ve böylece z∈E x olur. Böylece E x in bir elemanına denk olan X in her elemanı E x in bir<br />
elemanıdır.Sonuç olarak, X in herhangi x ve y elemanları için E x ve E y kümeleri ya eşittir<br />
(x≡y ise) ya da ayrıktır (eğer x≠y ise). {E x : x∈X} sınıfındaki kümeler ≡ altında X in denklik<br />
kümeleri ya da X in denklik sınıfları adını alır. O halde X kümesi ≡ altındaki denklik<br />
sınıflarının ayrık bir birleşimidir. x∈E x ve hiç bir denklik sınıfının boş olmadığına dikkat ediniz.<br />
Bir ≡ denklik sınıfına göre denklik sınıflarının topluluğu X in ≡ bağıntısına göre bölümü<br />
adını alır ve bazen X /≡ ile gösterilir. x→E x dönüşümüne X den X /≡ üzerine doğal dönüşüm<br />
adı verilir.<br />
XxX den X e bir dönüşüme X kümesi üzerinde bir ikili işlem denir. Eğer x≡x′ ve y≡y′<br />
olması x+y≡x′+y′ olmasını gerektiriyorsa, ≡ denklik bağıntısına + ikili işlemi ile uyumludur<br />
denir. Bu durumda + işlemi q=X /≡ bölümü üzerinde aşağıdaki şekilde bir işlem tanımlar: Eğer<br />
E ve F nin ikisi de q ya aitse x∈E, y∈F seçelim ve E+F yi E x+y olarak tanımlayalım. ≡ bir<br />
denklik bağıntısı olduğundan E+F nin x ile y nin seçimine bağlı değil yalnız E ve F ye bağlı<br />
olduğu görülmektedir. Daha çok ayrıntı için okuyucu Birkoff ve Maclane [2] de sayfa 145 e<br />
bakabilir.<br />
Problemler<br />
26 Yukarıda tanımlanan F+G nin yalnız F ve G ye bağlı olduğunu ispatlayınız.<br />
18
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
27 + işlemine göre bir abelian grup X olsun. Bu takdirde ≡ işleminin + ile uyumlu<br />
olması için gerek ve yeter koşul x≡x′ olmasının x+y=x′+y olmasını gerektirmesidir.<br />
Elde edilen işlem bölüm uzayını grup yapar.<br />
8. Kısmi Sıralamalar ve Maksimal Prensibi<br />
X deki her x , y için xRy ve yRx olması x=y olmasını gerektiriyorsa R bağıntısına X<br />
kümesi üzerinde antisimetriktir denir. Eğer bir < bağıntısı X üzerinde geçişmeli ve antisimetrik<br />
ise kısmi sıralama denir. Buna göre ≤ bağıntısı reel sayılar kümesi üzerinde bir kısmi sıralama<br />
bağıntısıdır ve ⊂ de p(X) üzerinde bir kısmi sıralama bağıntısıdır. Eğer X in x ve y<br />
elemanları için ya x
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
X in bir maksimal lineer sıralı S alt kümesi vardır; yani < tarafından lineer sıralı ve S⊂T⊂X<br />
ve T sıralaması < tarafından lineer sıralı olduğunda S=T olması özelliğini sağlayan X in bir<br />
S alt kümesi vardır.<br />
Problemler<br />
28. X üzerinde bir kısmi sıralama < olsun. Bu takdirde x≠y için x
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
Yukarıdaki önermede verilen iyi sıralanmış X kümesi örnekler oluşturmak için çok faydalıdır.<br />
Eğer Y aynı özelliklere sahip diğer bir iyi sıralı küme ise bu takdirde X ile Y arasında<br />
sıralamayı koruyan birebir bir eşleme olması anlamında önermedeki X kümesi bir tektir. X deki<br />
en son elemana ilk sayılamaz ordinal ve X e ilk sayılamayan ordinale eşit ya da küçük<br />
ordinallerin kümesi denir. X
H.L.Royden Real Analysis<br />
çeviri ve düzenleme Prof.Dr.Hüseyin Çakallı<br />
segmentlerin sınıfını gözönüne alınız. Bu sınıfın S birleşiminden Y içine olan ve S=X<br />
ya da f[S]=Y olan bir ardışıklığı koruyan f dönüşümünün var olduğunu ispat ediniz.]<br />
(f) Önerme 8 deki iyi sıralı X kümesinin izomorfizm açısından bir tek olduğunu gösteriniz.<br />
22