3具体例:有限集合の冪集合の大きさ
ここまでに学んだべき集合と濃度を使う。|A| は A の元の個数、\mathcal P(A) は A の部分集合全体の集合を表す。
P(n) を「任意の n 元集合 A について |\mathcal P(A)|=2^n」とし、すべての n\ge0 で P(n) を示す。
基底段階として、n=0 のとき A=\varnothing であり、
\mathcal P(\varnothing)=\{\varnothing\}
なので |\mathcal P(A)|=1=2^0 である。ここで n=0 の場合を明示することが重要である。空集合は例外ではなく、公式の出発点である。
帰納段階として P(k) を仮定し、任意の (k+1) 元集合 A' をとる。a\in A' を 1 つ選び、A=A'\setminus\{a\} とおけば |A|=k である。A' の部分集合は、a を含まないものと含むものに分かれる。含まないものは A の部分集合であり、含むものは B\cup\{a\} の形で B\subseteq A と一対一に対応する。したがって
|\mathcal P(A')|=2^k+2^k=2^{k+1}
である。
data/lecture/math/discrete-math/power-set-basics.lecture.n.md
data/lecture/math/discrete-math/cardinality-and-countability.lecture.n.md