lunes, 3 de abril de 2017

Algunos teoremas sobre reunión e intersección de conjuntos (I)

TEOREMA 1.- Si XιιI y YιιI son dos familias de conjuntos, con el mismo conjunto de índices I, y si YιXι para todo ιI, se tiene

ιIYιιIXι


y si I

ιIYιιIXι


Demostración.- Es inmediata. Q.E.D.

TEOREMA 2.- Sea XιιI una familia de conjuntos tal que I=λLJλ es la unión de una familia de conjuntos. Se tiene, entonces

ιIXι=λLιJλXι


y si L y Jλ para todo λL, se cumple

ιIXι=λLιJλXι


Demostración.- Sea xιIXι. Existe ιI tal que xXι.
Como I=λLJλ, existe λL tal que ιJλ, con xXι; luego xιJλXι y, por lo tanto, xλLιJλXι.

Supongamos ahora que xλLιJλXι. Existe λL tal que xιJλXι; luego existe ιJλ tal que xXι y, por lo tanto, xιIXι.

Supongamos ahora que L y Jλ para cada λL; entonces I.
Sea xιIXι. Si λL, se tiene xXι para todo ιJλ (pues JλI), de donde xιJλXι; y como esto es verdadero para todo λL, se concluye que xλLιJλXι.
Sea, recíprocamente, xλLιJλXι y ιI cualquiera. Existe λL tal que ιJλ; puesto que xιJλXι, se tiene que xXι. Esto es verdadero para cada ιI, luego xιIXι. Q.E.D.

Para las familias de las partes de un conjunto, la segunda parte del teorema anterior es válida sin las restricciones I y Jλ para todo λL.

Imágenes de una reunión y de una intersección.



TEOREMA 3.- Sea XιιI una familia de partes de un conjunto A y Γ una correspondencia entre A y B.
Se tiene, entonces

ΓιIXι=ιIΓXι
y

ΓιIXι=ιIΓXι


Demostración.-

xxXι y yΓxxιιI y xXι yΓxιιI y yΓXιyιIΓXι

Luego la primera fórmula queda demostrada.

ιI ιIXιXι
de donde ΓιIXιΓXι. Luego ΓιIXιιIΓXι. Q.E.D.

Para Γ una correspondencia cualquiera, la fórmula ΓιIXιιIΓXι es el general falsa.

TEOREMA 4.- Sea f una aplicación de A en B, y XιιI una familia de partes de B. Se tiene entonces

f-1ιIXι=ιIf-1Xι


Demostración.-

(i)

xf-1ιIXιfxιIXιfxXι,ιIxf-1Xι ιIxιIf-1Xιf-1ιIXιιIf-1Xι

(ii)

xιIf-1Xιxf-1Xι ιIfxXι ιIfxιIXιxf-1ιIXιιIf-1Xιf-1ιIXι

Q.E.D.

COROLARIO.- Si f es una inyección de A en B y si XιιI es una familia de partes de A tal que I, se tiene

fιIXι=ιIfXι


Demostración.- fιIXιιIfXι es un caso particular del teorema 3.

yιIfXιyfXι ιI!xιIXι fx=yyfιIXι

Q.E.D.