Demostración.-
Supongamos lo contrario para el intervalo cerrado unidad del conjunto de números reales: . Entonces, cada punto de dicho intervalo puede ser expresado de manera única (en base 10) mediante una sucesión de dígitos del 0 al 9, detrás de la coma (o punto decimal), suponiendo que las sucesiones de dígitos en las que, a partir de un cierto término, todos son iguales a 9, representan el mismo número real de dicho intervalo, pero con el dígito anterior al primer 9 de la sucesión aumentado en una unidad y el resto de dígitos siguientes todos 0. Ejemplo:
Además:
Así podemos poner en sucesión numerable todos los números reales del intervalo , mediante la siguiente tabla:
En esta tabla, cada fila representa a uno de los términos de la sucesión, en su expansión decimal, significando el primer subíndice el término citado y el segundo subíndice el -ésimo dígito de la expansión decimal del -ésimo término.
Construyamos ahora un número real del intervalo que no figure en la tabla, con lo que habremos incurrido en una contradicción.
Sea definido de la forma siguiente:
Para cada , , si y si .
Claramente, el número pertenece al intervalo , y difiere, en su primera cifra decimal, de ; en su segunda cifra decimal, de ; en su tercera cifra decimal, de ; y, en general, en su -ésima cifra decimal, de . En consecuencia, no es ninguno de los números de la sucesión, lo que contradice la hipótesis. Q.E.D.
TEOREMA 2.- Sean conjuntos tales que ; entonces .
Demostración.- Sea la aplicación y el diagrama:
de tal forma que, si , entonces .
La aplicación es biyectiva. En efecto.
Inyectividad.
Sean tales que . Entonces existe un tal que .
Por ser biyectiva (luego serlo también su inversa: ), existe un único para el que se cumple ; luego
y como es biyectiva (luego inyectiva), de (*) se obtiene que es inyectiva.
Sobreyectividad.
Sea ; entonces la aplicación , es tal que . Q.E.D.
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