อ่าน 8 นาที
ชั้นเทียบเท่า
ในทางคณิตศาสตร์เมื่อองค์ประกอบของเซตใดเซต หนึ่ง มีความเท่าเทียมกัน (ซึ่งแสดงออกมาในรูปของความสัมพันธ์สมมูล ) เราสามารถแบ่งเซตนั้นออกเป็นกลุ่มสมมูลได้โดยธรรมชาติ...
ชั้นเทียบเท่า

ในทางคณิตศาสตร์เมื่อองค์ประกอบของเซตใดเซต หนึ่ง มีความเท่าเทียมกัน (ซึ่งแสดงออกมาในรูปของความสัมพันธ์สมมูล ) เราสามารถแบ่งเซตนั้นออกเป็นกลุ่มสมมูลได้โดยธรรมชาติ กลุ่มสมมูลเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้องค์ประกอบและ อยู่ใน กลุ่มสมมูลเดียวกันก็ต่อเมื่อ องค์ประกอบทั้งสองนั้นสมมูลกัน
ในทางทฤษฎีแล้ว เมื่อกำหนดเซตและความสัมพันธ์สมมูลบนชั้นสมมูลของสมาชิกในเซต จะใช้สัญลักษณ์หรือเพื่อเน้นความสัมพันธ์สมมูลของมัน จะใช้สัญลักษณ์ และ จะถูกนิยามว่าเป็นเซตของสมาชิกทั้งหมดในเซตที่มีความสัมพันธ์แบบ กับ นิยามของความสัมพันธ์สมมูลหมายความว่าชั้นสมมูลก่อให้เกิดการแบ่งความ หมาย กล่าวคือ สมาชิกทุกตัวในเซต เป็นสมาชิกของชั้นสมมูลเพียงชั้นเดียวเท่านั้น เซตของชั้นสมมูลบางครั้งเรียกว่าเซตผลหารหรือปริภูมิผลหารของเซต โดยใช้ สัญลักษณ์ และใช้สัญลักษณ์
เมื่อเซตมีโครงสร้างบางอย่าง (เช่นการดำเนินการของกลุ่มหรือโทโพโลยี ) และความสัมพันธ์สมมูลเข้ากันได้กับโครงสร้างนี้ เซตผลหารมักจะสืบทอดโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันจากเซตแม่ ตัวอย่างเช่นปริภูมิผลหารในพีชคณิตเชิงเส้น ปริภูมิผลหารในโทโพโลยีกลุ่มผลหารปริภูมิเอกพันธุ์วงแหวนผลหาร โมโนอิดผลหารและหมวดหมู่ผลหาร
คำจำกัดความและสัญลักษณ์
ความสัมพันธ์สมมูลบนเซตคือความสัมพันธ์ทวิภาคบนซึ่งมีคุณสมบัติสามประการดังนี้: [ 1 ]
- สำหรับทุกคน( การสะท้อนกลับ )
- หมายความว่าสำหรับทุก( สมมาตร )
- ถ้าเช่นนั้นสำหรับทุก ๆ( สมบัติการถ่ายทอด )
ชั้นสมมูลขององค์ประกอบถูกกำหนดเป็น[ 2 ]
โดยทั่วไป คำว่า "คลาส" ในคำว่า "คลาสสมมูล" อาจถือได้ว่าเป็นคำพ้องความหมายของ " เซต " แม้ว่าคลาสสมมูลบางคลาสจะไม่ใช่เซตแต่เป็นคลาสที่แท้จริงก็ตาม ตัวอย่างเช่น "การเป็นไอโซมอร์ฟิก " เป็นความสัมพันธ์สมมูลบนกลุ่มและคลาสสมมูลที่เรียกว่าคลาสไอโซมอร์ฟิซึมนั้นไม่ใช่เซต
เซตของชั้นสมมูลทั้งหมดในโดยสัมพันธ์กับความสัมพันธ์สมมูลจะถูกแทนด้วยและเรียกว่ามอดูโล (หรือเซตผลหารของโดย) [ 3 ]แผนที่ทั่วถึงจากไปยังซึ่งแมปแต่ละองค์ประกอบไปยังชั้นสมมูลของมัน เรียกว่าการฉายภาพแบบแคนอนิกหรือการฉายภาพแบบแคนอนิก
องค์ประกอบทุกตัวในชั้นสมมูลจะบ่งบอกลักษณะของชั้นนั้น และสามารถใช้แทนชั้นนั้นได้ เมื่อเลือกองค์ประกอบดังกล่าวแล้ว จะเรียกว่าตัวแทนของชั้นนั้น การเลือกตัวแทนในแต่ละชั้นจะกำหนดฟังก์ชัน หนึ่งต่อหนึ่ง จากไปยังXเนื่องจากผลรวมของฟังก์ชันนี้กับฟังก์ชันทั่วถึงแบบแคนอนิกคือเอกลักษณ์ ดังนั้นฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่งดังกล่าวจึงเรียกว่าส่วนตัดเมื่อใช้ศัพท์เฉพาะของทฤษฎีหมวดหมู่
บางครั้งจะมีส่วนหนึ่งที่ "เป็นธรรมชาติ" มากกว่าส่วนอื่นๆ ในกรณีนี้ ตัวแทนเหล่านั้นเรียกว่าตัวแทนเชิงมาตรฐาน (canonical representatives ) ตัวอย่างเช่น ในเลขคณิตมอดูลาร์สำหรับจำนวนเต็มm ทุกตัว ที่มากกว่า1ความสอดคล้องมอดูลmคือความสัมพันธ์สมมูลบนจำนวนเต็ม ซึ่งจำนวนเต็มaและb สองจำนวน นั้นสมมูลกัน—ในกรณีนี้ เรากล่าวว่าสอดคล้องกัน —ถ้าmหารลงตัวเราจะใช้สัญลักษณ์แต่ละชั้นจะมีจำนวนเต็มที่ไม่เป็นลบที่ไม่ซ้ำกันเพียงตัวเดียวที่เล็กกว่าและจำนวนเต็มเหล่านี้คือตัวแทนเชิงมาตรฐาน
การใช้ตัวแทนในการแทนคลาสช่วยให้ไม่ต้องพิจารณาคลาสเป็นเซตโดยตรง ในกรณีนี้ ฟังก์ชันส่งผ่านแบบแคนอนิกที่แมปองค์ประกอบไปยังคลาสของมันจะถูกแทนที่ด้วยฟังก์ชันที่แมปองค์ประกอบไปยังตัวแทนของคลาส ในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ฟังก์ชันนี้ถูกแทนด้วย และให้ ผลลัพธ์ เป็นเศษเหลือของการหารแบบยุคลิดของaด้วยm
คุณสมบัติ
สำหรับเซตที่มีความสัมพันธ์สมมูลทุกองค์ประกอบของเป็นสมาชิกของชั้นสมมูลโดยการสะท้อนกลับ ( สำหรับทุก) ทุกสองชั้นสมมูลและจะเท่ากันก็ต่อเมื่อหรือไม่ก็แยกจากกัน ดังนั้น เซตของชั้นสมมูลทั้งหมดของก่อให้เกิดการแบ่งส่วนของ: ทุกองค์ประกอบของเป็นสมาชิกของชั้นสมมูลเพียงชั้นเดียวเท่านั้น[ 4 ]
ในทางกลับกัน สำหรับเซตทุกการแบ่งส่วนมาจากความสัมพันธ์สมมูลในลักษณะนี้ และความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันจะให้การแบ่งส่วนที่แตกต่างกัน ดังนั้นก็ต่อเมื่อและอยู่ในเซตเดียวกันของการแบ่งส่วน[ 5 ]
จากคุณสมบัติในหัวข้อก่อนหน้านี้ สรุปได้ว่า ถ้าเป็นความสัมพันธ์สมมูลบนเซตและและเป็นสององค์ประกอบของข้อความต่อไปนี้จะสมมูลกัน:
- ,
- , และ
ตัวอย่าง
- ให้เป็นเซตของสี่เหลี่ยมผืนผ้าทั้งหมดในระนาบ และความสัมพันธ์สมมูล "มีพื้นที่เท่ากับ" ดังนั้นสำหรับจำนวนจริงบวกแต่ละจำนวนจะมีชั้นสมมูลของสี่เหลี่ยมผืนผ้าทั้งหมดที่มีพื้นที่เท่ากับ[ 6 ]
- ตัวอย่างเช่น สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีด้านยาว 2 คูณ 4 และ 1 คูณ 8 ต่างก็มีพื้นที่ 8 เท่ากัน แม้ว่าจะมีรูปร่างแตกต่างกัน แต่ก็ถือว่าเทียบเท่ากันภายใต้ความสัมพันธ์ "มีพื้นที่เท่ากัน" ดังนั้นจึงอยู่ในชั้นความเท่าเทียมกันเดียวกัน
- พิจารณา ความสัมพันธ์สมมูล โมดูลัส 2 บนเซตของจำนวนเต็มโดยที่ ก็ต่อเมื่อผลต่างของจำนวนเต็ม ทั้งสอง เป็นจำนวนคู่ความสัมพันธ์นี้ก่อให้เกิดชั้นสมมูลสองชั้นพอดี ชั้นหนึ่งประกอบด้วยจำนวนคู่ทั้งหมด และอีกชั้นหนึ่งประกอบด้วยจำนวนคี่ทั้งหมด การใช้วงเล็บเหลี่ยมล้อมรอบสมาชิกหนึ่งตัวของชั้นเพื่อแสดงถึงชั้นสมมูลภายใต้ความสัมพันธ์นี้และทั้งหมดแทนองค์ประกอบเดียวกันของ[ 2 ]
- สามารถตรวจสอบความสอดคล้อง มอดูล 3 บนเซตของจำนวนเต็มเพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ได้ ภายใต้ความสัมพันธ์สมมูลนี้
[0] = {..., -9, -6, -3, 0, 3, 6, 9,...}
[1] = {..., -8, -5, -2, 1, 4, 7, 10,...}
[2] = {..., -7, -4, -1, 2, 5, 8, 11,...}
แต่ละค่าในนั้นเป็นของคลาสใดคลาสหนึ่งเท่านั้น โดยที่องค์ประกอบ 0, 1 และ 2 เป็น ตัวแทน มาตรฐานของคลาสเหล่านั้น
- ให้เป็นเซตของคู่ลำดับของจำนวนเต็มที่มีค่าไม่เป็นศูนย์และกำหนดความสัมพันธ์สมมูลบนโดยที่ถ้าและเฉพาะเมื่อ แล้วชั้นสมมูลของคู่สามารถระบุได้กับจำนวนตรรกยะและความสัมพันธ์สมมูลนี้และชั้นสมมูลของมันสามารถใช้เพื่อให้คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของเซตของจำนวนตรรกยะได้[ 7 ]การสร้างแบบเดียวกันนี้สามารถขยายไปสู่ฟิลด์เศษส่วนของโดเมนจำนวนเต็ม ใดๆ ได้
- คู่ลำดับและเป็นตัวอย่างหนึ่งของเรื่องนี้ คู่ลำดับเหล่านี้อยู่ในชั้นสมมูลเดียวกัน เนื่องจากแต่ละ คู่ แทนจำนวนตรรกยะ1/2 .
- ถ้าประกอบด้วยเส้นตรงทั้งหมดในระนาบยุคลิดและหมายความว่าและเป็นเส้นตรงขนานกันแล้ว เซตของเส้นตรงที่ขนานกันจะก่อให้เกิดชั้นสมมูล ตราบใดที่เส้นตรงนั้นถือว่าขนานกับตัวมันเองในสถานการณ์นี้ แต่ละชั้นสมมูลจะกำหนดจุดอนันต์จุดหนึ่ง
- ในระนาบพิกัดคาร์ทีเซียนเส้นตรงและมีความชันเท่ากัน และขนานกัน ดังนั้นจึงอยู่ในชั้นสมมูลเดียวกัน
- สำหรับเซตใดๆความสัมพันธ์นี้เป็นความสัมพันธ์สมมูล ซึ่งชั้นสมมูลทุกชั้นเป็นเซตที่ประกอบด้วยสมาชิกเพียงตัวเดียว
- ถ้า= แล้วชั้นสมมูลคือและเนื่องจากไม่มีองค์ประกอบที่แตกต่างกันสองตัวใดที่ถือว่าสมมูลกันภายใต้ความสัมพันธ์ความเท่าเทียมกัน
การแสดงผลเชิงกราฟิก

กราฟที่ไม่มีทิศทางอาจเชื่อมโยงกับความสัมพันธ์สมมาตร ใดๆ บนเซตที่จุดยอดเป็นองค์ประกอบของและจุดยอดสองจุดและจะเชื่อมต่อกันก็ต่อเมื่อในบรรดากราฟเหล่านี้มีกราฟของความสัมพันธ์สมมูล กราฟเหล่านี้เรียกว่ากราฟคลัสเตอร์ ซึ่งมี ลักษณะเป็นกราฟที่ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกันเป็นคลิก [ 2 ]
ตัวแปรคงที่
ถ้าเป็นความสัมพันธ์สมมูลบนและเป็นคุณสมบัติของสมาชิกของโดยที่เมื่อใดก็ตามที่เป็นจริง ถ้าเป็นจริง แล้วคุณสมบัตินั้นกล่าวได้ว่าเป็นค่าคงที่ของหรือนิยามได้ดีภายใต้ความสัมพันธ์
กรณีเฉพาะที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งคือ เมื่อเป็นฟังก์ชันจากเซตหนึ่งไปยังอีกเซตหนึ่งถ้า เมื่อใดก็ตามที่กล่าวได้ว่า เป็นฟังก์ชันคงที่ภายใต้หรือเรียกง่ายๆ ว่า คงที่ภายใต้สิ่งนี้เกิดขึ้น เช่น ในทฤษฎีลักษณะเฉพาะของกลุ่มจำกัด ผู้เขียนบางคนใช้คำว่า "เข้ากันได้กับ" หรือ "เคารพ" แทนคำว่า "คงที่ภายใต้"
ฟังก์ชัน ใดๆจะเป็นฟังก์ชันไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้คลาสซึ่งก็คือถ้าและเฉพาะเมื่อคลาสสมมูลของคือเซตของสมาชิกทั้งหมดในที่ ถูกแมปไปยังนั่นคือ คลาสเป็นภาพผกผันของความสัมพันธ์สมมูลนี้เรียกว่าเคอร์เนลของ
โดยทั่วไปแล้ว ฟังก์ชันอาจแปลงอาร์กิวเมนต์ที่เทียบเท่ากัน (ภายใต้ความสัมพันธ์สมมูลบน) ไปเป็นค่าที่เทียบเท่ากัน (ภายใต้ความสัมพันธ์สมมูลบน) ฟังก์ชันดังกล่าวเป็นมอร์ฟิซึมของเซตที่มาพร้อมกับความสัมพันธ์สมมูล
ปริภูมิผลหารในโทโพโลยี
ในทางโทโพโลยี ปริภูมิผลหารคือปริภูมิโทโพโลยีที่สร้างขึ้นบนเซตของชั้นสมมูลของความสัมพันธ์สมมูลบนปริภูมิโทโพโลยี โดยใช้โทโพโลยีของปริภูมิเดิมในการสร้างโทโพโลยีบนเซตของชั้นสมมูล
ในพีชคณิตนามธรรมความสัมพันธ์สมมูลบนเซตพื้นฐานของพีชคณิตทำให้พีชคณิตนั้นสามารถสร้างพีชคณิตบนชั้นสมมูลของความสัมพันธ์ได้ ซึ่งเรียกว่าพีชคณิตผลหารในพีชคณิตเชิงเส้นปริภูมิผลหารคือปริภูมิเวกเตอร์ที่เกิดจากการเลือกกลุ่มผลหารโดยที่โฮโมมอร์ฟิซึมผลหารเป็นแผนที่เชิงเส้นโดยการขยายความ ในพีชคณิตนามธรรม คำว่าปริภูมิผลหารอาจใช้กับโมดูลผลหารวงแหวนผลหารกลุ่มผลหารหรือพีชคณิตผลหารใดๆ ก็ได้ อย่างไรก็ตาม การใช้คำนี้ในกรณีทั่วไปมักทำได้โดยการเปรียบเทียบกับวงโคจรของการกระทำของกลุ่ม
วงโคจรของการกระทำของกลุ่มบนเซตหนึ่ง อาจเรียกว่าปริภูมิผลหารของการกระทำบนเซตนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวงโคจรของการกระทำของกลุ่มนั้นเป็นโคเซต ขวา ของกลุ่มย่อยของกลุ่ม ซึ่งเกิดขึ้นจากการกระทำของกลุ่มย่อยบนกลุ่มโดยการเลื่อนไปทางซ้าย หรือเป็นโคเซตซ้ายในฐานะวงโคจรภายใต้การเลื่อนไปทางขวา
กลุ่มย่อยปกติของกลุ่มทางทอพอโลยี ซึ่งกระทำต่อกลุ่มโดยการกระทำแบบการเลื่อน เป็นปริภูมิผลหารในความหมายของทอพอโลยี พีชคณิตนามธรรม และการกระทำของกลุ่มไปพร้อมๆ กัน
แม้ว่าคำนี้จะสามารถใช้กับเซตของชั้นสมมูลของความสัมพันธ์สมมูลใดๆ ก็ได้ ซึ่งอาจมีโครงสร้างเพิ่มเติม แต่โดยทั่วไปแล้วเจตนาของการใช้คำนี้คือการเปรียบเทียบความสัมพันธ์สมมูลประเภทนั้นบนเซตหนึ่งกับความสัมพันธ์สมมูลที่เหนี่ยวนำให้เกิดโครงสร้างบางอย่างบนเซตของชั้นสมมูลจากโครงสร้างประเภทเดียวกันหรือกับวงโคจรของการกระทำของกลุ่ม ทั้งความหมายของโครงสร้างที่รักษาไว้โดยความสัมพันธ์สมมูล และการศึกษาตัวแปรคงที่ภายใต้การกระทำของกลุ่ม นำไปสู่คำจำกัดความของตัวแปรคงที่ของความสัมพันธ์สมมูลที่กล่าวไว้ข้างต้น
ดูเพิ่มเติม
- การแบ่งส่วนความเท่าเทียมกัน (Equivalence partitioning ) เป็นวิธีการสร้างชุดทดสอบซอฟต์แวร์โดยพิจารณาจากความครอบคลุมของโปรแกรมต่ออินพุตที่เป็นไปได้
- ปริภูมิเอกพันธุ์ปริภูมิผลหารของกลุ่มลี
- ความสัมพันธ์สมมูลบางส่วน – แนวคิดทางคณิตศาสตร์สำหรับการเปรียบเทียบวัตถุ
- ผลหารโดยความสัมพันธ์สมมูล – การขยายแนวคิดชั้นสมมูลไปสู่ทฤษฎีโครงร่าง
- เซตอยด์ – โครงสร้างทางคณิตศาสตร์ของเซตที่มีความสัมพันธ์สมมูล
- เซต ตัดขวาง (คณิตศาสตร์เชิงการจัดเรียง) – เซตที่ตัดกับทุกเซตในกลุ่มของเซต
หมายเหตุ
- ^ Devlin 2004 , หน้า 122.
- ^ a b c Devlin 2004 , หน้า 123.
- ^วูล์ฟ 1998 , หน้า 178
- ^ Maddox 2002 , หน้า 74, ทฤษฎีบท 2.5.15
- ^ Avelsgaard 1989 , หน้า 132, ทฤษฎีบท 3.16
- ^อเวลส์การ์ด 1989หน้า 127
- ^แมดด็อกซ์ 2002 , หน้า 77–78
อ่านเพิ่มเติม
- ซันด์สตรอม (2003), การให้เหตุผลทางคณิตศาสตร์: การเขียนและการพิสูจน์ , เพรนติส-ฮอลล์
- Smith; Eggen; St.Andre (2006), การเปลี่ยนผ่านสู่คณิตศาสตร์ขั้นสูง (ฉบับที่ 6), Thomson (Brooks/Cole)
- Schumacher, Carol (1996), บทที่ศูนย์: แนวคิดพื้นฐานของคณิตศาสตร์นามธรรม , Addison-Wesley, ISBN 0-201-82653-4
- โอเลียรี (2003), โครงสร้างของการพิสูจน์: ด้วยตรรกศาสตร์และทฤษฎีเซต , เพรนติส-ฮอลล์
- เลย์ (2001), การวิเคราะห์พร้อมบทนำสู่การพิสูจน์ , เพรนติส ฮอลล์
- Morash, Ronald P. (1987), สะพานสู่คณิตศาสตร์นามธรรม , Random House, ISBN 0-394-35429-X
- กิลเบิร์ต; แวนสโตน (2005), บทนำสู่การคิดเชิงคณิตศาสตร์ , เพียร์สัน เพรนติส-ฮอลล์
- เฟลตเชอร์; แพตตี้, พื้นฐานของคณิตศาสตร์ขั้นสูง , PWS-Kent
- Iglewicz; Stoyle, บทนำสู่การให้เหตุผลทางคณิตศาสตร์ , MacMillan
- D'Angelo; West (2000), การคิดเชิงคณิตศาสตร์: การแก้ปัญหาและการพิสูจน์ , Prentice Hall
- คูปิลลารี , หลักการพื้นฐานของการพิสูจน์ , วาดส์เวิร์ธ
- บอนด์, บทนำสู่คณิตศาสตร์นามธรรม , บรูคส์/โคล
- Barnier; Feldman (2000), บทนำสู่คณิตศาสตร์ขั้นสูง , Prentice Hall
- แอช, บทนำสู่คณิตศาสตร์นามธรรม , MAA
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ชั้นเทียบเท่า
ในทางคณิตศาสตร์เมื่อองค์ประกอบของเซตใดเซต หนึ่ง มีความเท่าเทียมกัน (ซึ่งแสดงออกมาในรูปของความสัมพันธ์สมมูล ) เราสามารถแบ่งเซตนั้นออกเป็นกลุ่มสมมูลได้โดยธรรมชาติ...
คำจำกัดความและสัญลักษณ์
ความ สัมพันธ์สมมูล บนเซตคือ ความสัมพันธ์ทวิภาค บนซึ่งมีคุณสมบัติสามประการดังนี้: [ 1 ] X {\displaystyle X} ~ {\displaystyle \sim } X {\displaystyle X}
คุณสมบัติ
สำหรับเซตที่มี ความสัมพันธ์สมมูล ทุกองค์ประกอบของเป็นสมาชิกของชั้นสมมูลโดย การสะท้อนกลับ ( สำหรับทุก) ทุกสองชั้นสมมูลและจะเท่ากันก็ต่อเมื่อหรือไม่ ก็แยก จากกัน ดังนั้น เซตของชั้นสมมูลทั้งหมดของก่อให้เกิด การแบ่งส่วน ของ:...
การแสดงผลเชิงกราฟิก
กราฟ ที่ไม่มีทิศทาง อาจเชื่อมโยงกับ ความสัมพันธ์สมมาตร ใดๆ บนเซตที่จุดยอดเป็นองค์ประกอบของและจุดยอดสองจุดและจะเชื่อมต่อกันก็ต่อเมื่อในบรรดากราฟเหล่านี้มีกราฟของความสัมพันธ์สมมูล กราฟเหล่านี้เรียกว่า กราฟคลัสเตอร์ ซึ่งมี ลักษณะ เป็นกราฟที่...