शून्य समुच्चय

For the set with no elements, see Empty set.

For the set of zeros of a function, see Zero set.

सिएरपिन्स्की त्रिकोण बिंदुओं के शून्य सेट का एक उदाहरण है $\mathbb {R} ^{2}$.

गणितीय विश्लेषण में, एक शून्य सेट $N\subset \mathbb {R}$ एक मापने योग्य सेट है जिसका माप शून्य है। इसे एक सेट के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो मनमाने ढंग से छोटी कुल लंबाई के अंतराल (गणित) के एक गणनीय संघ द्वारा कवर (टोपोलॉजी) हो सकता है।

शून्य सेट की धारणा को खाली सेट के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए जैसा कि सेट सिद्धांत में परिभाषित किया गया है। हालांकि खाली सेट में Lebesgue का माप शून्य होता है, फिर भी गैर-खाली सेट होते हैं जो शून्य होते हैं। उदाहरण के लिए, वास्तविक संख्याओं के किसी भी गैर-रिक्त गणनीय सेट में Lebesgue का माप शून्य है और इसलिए यह शून्य है।

अधिक आम तौर पर, किसी दिए गए माप स्थान पर $M=(X,\Sigma ,\mu )$ एक शून्य सेट एक सेट है $S\in \Sigma$ ऐसा है कि $\mu (S)=0$.

उदाहरण

वास्तविक संख्याओं का प्रत्येक परिमित या गणनीय अनंत उपसमुच्चय एक शून्य समुच्चय होता है। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक संख्याओं का समुच्चय और परिमेय संख्याओं का समुच्चय दोनों गणनीय रूप से अनंत हैं और इसलिए वास्तविक संख्याओं के उपसमुच्चय माने जाने पर अशक्त समुच्चय हैं।

कैंटर सेट बेशुमार नल सेट का एक उदाहरण है।

परिभाषा

कल्पना करना $A$ वास्तविक रेखा का उपसमुच्चय है $\mathbb {R}$ ऐसा है कि

$$\forall \varepsilon >0,\ \exists \left\{U_{n}\right\}_{n}:U_{n}=(a_{n},b_{n})\subset \mathbb {R} :\quad A\subset \bigcup _{n=1}^{\infty }U_{n}\ {\textrm {and}}\ \sum _{n=1}^{\infty }\left|U_{n}\right|<\varepsilon \,,$$

जहां U_n अंतराल (गणित) हैं और |U| की लंबाई है U, तब A एक शून्य समुच्चय है, शून्य-सामग्री के सेट के रूप में भी जाना जाता है।

गणितीय विश्लेषण की शब्दावली में, इस परिभाषा के लिए आवश्यक है कि इसके खुले आवरणों का एक क्रम हो A जिसके लिए कवर की लंबाई के अनुक्रम की सीमा शून्य है।

गुण

रिक्त समुच्चय सदैव शून्य समुच्चय होता है। अधिक आम तौर पर, अशक्त सेटों का कोई भी गणनीय संघ (सेट सिद्धांत) शून्य है। शून्य समुच्चय का कोई भी उपसमुच्चय अपने आप में शून्य समुच्चय होता है। साथ में, ये तथ्य बताते हैं कि m-null X के सेट X पर एक सिग्मा-आदर्श बनाते हैं। इसी तरह, मापने योग्य m-null सेट औसत दर्जे के सेट के सिग्मा-बीजगणित का सिग्मा-आदर्श बनाते हैं। इस प्रकार, अशक्त समुच्चय की व्याख्या नगण्य समुच्चय के रूप में की जा सकती है, जो लगभग हर जगह की धारणा को परिभाषित करता है।

लेबेस्ग उपाय

यूक्लिडियन अंतरिक्ष के सबसेट के लिए लंबाई, क्षेत्र या मात्रा निर्दिष्ट करने का मानक तरीका लेबेस्गु माप है।

का एक उपसमुच्चय N $\mathbb {R}$ Lebesgue माप शून्य है और इसे एक शून्य सेट माना जाता है $\mathbb {R}$ अगर और केवल अगर:

किसी भी धनात्मक संख्या ε को देखते हुए, अस्तित्वगत मात्रा का ठहराव एक अनुक्रम {I_n} अंतराल (गणित) में $\mathbb {R}$ ऐसा है कि एन के मिलन में निहित है {I_n} और संघ की कुल लंबाई ε से कम है।

इस स्थिति को सामान्यीकृत किया जा सकता है $\mathbb {R} ^{n}$, अंतरालों के बजाय n-क्यूब (ज्यामिति) का उपयोग करना। वास्तव में, किसी भी कई गुना पर विचार करने के लिए विचार किया जा सकता है, भले ही वहां कोई लेबेस्गु उपाय न हो।

उदाहरण के लिए:

• इसके संबंध में $\mathbb {R} ^{n}$, सभी सिंगलटन (गणित) शून्य हैं, और इसलिए सभी गणनीय सेट शून्य हैं। विशेष रूप से, परिमेय संख्याओं का समुच्चय Q, में सघन (टोपोलॉजी) होने के बावजूद एक रिक्त समुच्चय है $\mathbb {R}$.
• कैंटर सेट का मानक निर्माण शून्य बेशुमार सेट का एक उदाहरण है $\mathbb {R}$; हालाँकि अन्य निर्माण संभव हैं जो कैंटर को किसी भी उपाय को निर्धारित करते हैं।
• के सभी उपसमुच्चय $\mathbb {R} ^{n}$ जिसका आयाम n से छोटा है, में अशक्त Lebesgue माप है $\mathbb {R} ^{n}$. उदाहरण के लिए सीधी रेखाएँ या वृत्त अशक्त सेट हैं $\mathbb {R} ^{2}$.
• सार्ड्स लेम्मा: एक सुचारू कार्य के महत्वपूर्ण मूल्यों के सेट का माप शून्य है।

यदि λ के लिए लेबेस्गु माप है $\mathbb {R}$ और π के लिए Lebesgue माप है $\mathbb {R} ^{2}$, फिर उत्पाद माप $\lambda \times \lambda =\pi$. अशक्त समुच्चयों के संदर्भ में, निम्नलिखित तुल्यता को फ़ुबिनी के प्रमेय की शैली दी गई है: * के लिए $A\subset \mathbb {R} ^{2}$ और $A_{x}=\{y:(x,y)\in A\},$

$$\pi (A)=0\iff \lambda \left(\left\{x:\lambda \left(A_{x}\right)>0\right\}\right)=0.$$

उपयोग

Lebesgue एकीकरण की परिभाषा में अशक्त सेट एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं: यदि कार्य करता है f और g एक अशक्त सेट को छोड़कर बराबर हैं f पूर्णांक है अगर और केवल अगर g है, और उनके समाकल बराबर हैं। यह Lp space| की औपचारिक परिभाषा को प्रेरित करता हैL^p रिक्त स्थान कार्यों के समतुल्य वर्गों के सेट के रूप में जो केवल अशक्त सेटों पर भिन्न होते हैं।

एक उपाय जिसमें अशक्त सेट के सभी उपसमुच्चय मापने योग्य हैं, पूर्ण माप है। किसी भी गैर-पूर्ण माप को पूर्ण माप बनाने के लिए पूरा किया जा सकता है, यह दावा करते हुए कि अशक्त सेट के सबसेट का माप शून्य है। लेबेस्ग माप पूर्ण माप का एक उदाहरण है; कुछ निर्माणों में, इसे गैर-पूर्ण बोरेल उपाय के पूरा होने के रूप में परिभाषित किया गया है।

कैंटर सेट का एक उपसमुच्चय जो बोरेल मापने योग्य नहीं है

बोरेल का माप पूरा नहीं हुआ है। एक साधारण निर्माण मानक कैंटर सेट के साथ शुरू करना है K, जो बंद है इसलिए बोरेल मापने योग्य है, और जिसकी माप शून्य है, और एक सबसेट खोजने के लिए F का K जो बोरल मापने योग्य नहीं है। (चूंकि लेबेस्ग माप पूरा हो गया है, यह F बेशक Lebesgue मापने योग्य है।)

सबसे पहले, हमें यह जानना होगा कि सकारात्मक माप के प्रत्येक सेट में एक गैर-मापने योग्य उपसमुच्चय होता है। होने देना f कैंटर समारोह हो, एक सतत फ़ंक्शन जो स्थानीय रूप से स्थिर हो K^c, और नीरस रूप से [0, 1] पर बढ़ रहा है f(0) = 0 और f(1) = 1. ज़ाहिर तौर से, f(K^c) गणनीय है, क्योंकि इसमें प्रति घटक एक बिंदु होता है K^c. इस तरह f(K^c) का माप शून्य है, इसलिए f(K) का माप एक है। हमें सख्ती से मोनोटोनिक फ़ंक्शन की आवश्यकता है, इसलिए विचार करें g(x) = f(x) + x. तब से g(x) सख्ती से मोनोटोनिक और निरंतर है, यह होमियोमोर्फिज्म है। आगे, g(K) का माप एक है। होने देना E ⊂ g(K) गैर-मापने योग्य हो, और चलो F = g⁻¹(E). क्योंकि g इंजेक्शन है, हमारे पास वह है F ⊂ K, इसलिए F एक शून्य समुच्चय है। हालांकि, अगर यह बोरेल औसत दर्जे का था, तो g(F) बोरेल मापने योग्य भी होगा (यहां हम इस तथ्य का उपयोग करते हैं कि निरंतर कार्य द्वारा सेट किए गए बोरेल की छवि (गणित) मापने योग्य है; g(F) = (g⁻¹)⁻¹(F) निरंतर कार्य के माध्यम से F की पूर्वछवि है h = g⁻¹।) इसलिए, F एक अशक्त, लेकिन गैर-बोरेल औसत दर्जे का सेट है।

हार नल

एक वियोज्य स्थान में बनच स्थान (X, +), समूह संचालन किसी भी सबसेट को स्थानांतरित करता है A ⊂ X अनुवाद करने के लिए A + x किसी के लिए x ∈ X. जब कोई संभाव्यता माप होती है μ के बोरेल सबसेट के σ-बीजगणित पर X, ऐसा कि सभी के लिए x, μ(A + x) = 0, तब A उसका शून्य समुच्चय है। यह शब्द अनुवाद के उपायों के अशक्त व्युत्क्रम को संदर्भित करता है, इसे हार माप के साथ मिले पूर्ण व्युत्क्रम के साथ जोड़ता है।

टोपोलॉजिकल समूहों के कुछ बीजगणितीय गुणों को सबसेट के आकार और हार नल सेट से संबंधित किया गया है। पोलिश समूहों में हार नल सेट का उपयोग यह दिखाने के लिए किया गया है कि कब A तब अल्प समुच्चय नहीं है A⁻¹A में पहचान तत्व का एक खुला पड़ोस होता है। इस संपत्ति का नाम ह्यूगो स्टीनहॉस के नाम पर रखा गया है क्योंकि यह स्टीनहॉस प्रमेय का निष्कर्ष है।

यह भी देखें

• कैंटर फ़ंक्शन
• उपाय (गणित)
• खाली सेट
• कुछ नहीं

अग्रिम पठन

• Capinski, Marek; Kopp, Ekkehard (2005). Measure, Integral and Probability. Springer. p. 16. ISBN 978-1-85233-781-0.
• Jones, Frank (1993). Lebesgue Integration on Euclidean Spaces. Jones & Bartlett. p. 107. ISBN 978-0-86720-203-8.
• Oxtoby, John C. (1971). Measure and Category. Springer-Verlag. p. 3. ISBN 978-0-387-05349-3.