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商集

Quotient set · Set of equivalence classes

等价关系的所有等价类组成的集合。

条目类型
定义

形式陈述

给定 A 上的等价关系 ,元素 a 的等价类为

[a]={xA:xa},

商集为 A/={[a]:aA};这里的集合描述使用普通的集合运算。自然投影 π:AA/π(a)=[a] 给出。

直觉

商集把等价关系指定的差异视为可以忽略,把被视为等价的对象压缩成一个新元素;这个元素是一整个等价类,计算时选取的代表元只是描述方式。规范映射把原对象送到所属类,因而是满射;原集合中的细节被压缩,但类别之间仍保持区分。只有等价关系才能保证各类不重叠并覆盖全集,而商集上的定义还必须与代表元选择无关。

例子与边界

整数按模 n 同余得到 Z/nZ。若 ab,则 [a]=[b];若不等价,则两个类不交。任意关系的“类”可能重叠,不能自动形成商集。

可把非零分母的整数对 (a,b)

(a,b)(c,d)ad=bc

取商,每个等价类表示一个有理数。例如 (1,2)(2,4)(3,6) 属于同一类。要在商集上定义加法,必须验证换代表元后结果仍在同一等价类中;这一步不是商集定义自动赠送的。若原关系缺少传递性,例如实数上“距离小于 1”,所谓类别会重叠,不能形成真正的划分。

推论与应用

商构造通过消除冗余表示产生模算术、商群、商环、商空间和语法等价类。等价关系与划分一一对应;函数若在每个等价类上取同值,便唯一下降到商集。语法的 α-等价等应用,都是在这副集合论骨架上增加相容结构,而所有商上运算都必须证明结果不依赖代表元。

参考资料
  • Paul R. Halmos, Naive Set Theory, 1960; Dover reprint 2017, §7。
  • Daniel J. Velleman, How to Prove It: A Structured Approach, 3rd ed., Cambridge University Press, 2019, Relations chapter。
关系图谱41 个相邻概念 · 1 类关系

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