商集是集合论的基本概念之一,指由集合和该集合上的等价关係导出的集合。设~是非空集合A的一个等价关係,若把以A关于~的全部等价类作为元素组成一个新的集合B,则把集合B叫做A关于~的商集合,简称为商集,记作B=A/~.
基本介绍
- 中文名:商集
- 外文名: quotient set
- 全称:商集合
- 本质:一个集合
- 套用领域:集合论
- 学科:数学
特点
非空集合S关于它上面的任何等价关係R的商集具有下列特点:
- S/R ≠ ∅;
- 若A∈S/R,则A ≠ ∅;
- 若A,B∈S/R,A≠B,则A∩B = ∅.
利用选择公理,在S/R的每个元素Am中取出一个元素am∈Am,称为等价类Am的代表,而{am}m∈M称为商集的代表集。集S对它上面的不同的等价关係R和G有不同的商集,且满足:
1.S/R=S/R;
2.S/E={{a}}a∈S,这里E是恆等关係;
3.S/(S×S)={S}, 这里S×S是全域关係;
4.若S/R={Am}m∈M,S/G={Bn}n∈N,则


举例
例1 A={a,b,c,d,e,f}={某大学宿舍的大学生};R是A上的同乡关係(不难证明同乡关係是等价关係),若a,b是北京人,c是广东人,d,e,f南京人,则R={(a,a)(a,b)(b,a)(b,b)(c,c)(d,d)(d,e)(d,f)(e,d)(e,e)(e,f)(f,d)(f,e)(f,f)}.A中各元素关于R的等价类分别是:
[a]R=[b]R={a,b};
[c]R={c};
[d]R=[e]R=[f]R={d,e,f};
A关于R的商集A/R={[a]R,[c]R,[d]R}={{a,b},{c},{d,e,f}}.
例2 A={(x,y) |-∞<x<+∞,-∞<y<+∞,xy≠0}是除去坐标轴的平面。可以验证,~={ [(x1,y1),(x2,y2)] | x1x2>0,y1y2>0,(x1,y1)∈A,(x2,y2)∈A}是A的等价关係,A关于~的等价类为A1= [(1,1)],A2= [ (-1,1)],A3= [ (-1,-1)],A4=[(1,-1)],显然A1,A2,A3,A4就是直角坐标平面上的四个象限(如下图)。这时A关于~的商集为:A/~= {A1,A2,A3,A4}.

例3 利用由整数系扩充至有理数系的过程理解商集。假定已定义整数集Z,直观上取a∈Z,b∈Z,则有a/b可定义为有理数。但新定义的数需符合整数的运算性质才可称为数系的一次扩充。首要问题在于形式上不同的两个a/b相对于运算可能是相同的,例如2/4=1/2,。一个朴素的处理方式是宣称分数可以约分,并称分子分母互质的为最简分数,满足最简分数形式的才是有理数。这一过程的数学处理正是商集的一个例子。
首先考虑集合
,其中的元素为二元组(a,b)。定义等价关係~=
,易验证这确实是一个等价关係。此处则有有理数集
/~,也即对整数二元组,如果将其中“可约分”的元素视为等价而只去一个代表,则构造出的集合与有理数集Q相同。有理数集Q即为整数二元组集合关于以上等价关係~的商集。



赋范线性空间的商空间
设X是线性空间,Y是X的一个线性子空间。对x∈X,记
称
是以x为代表元的等价类,于是得到商集








例如,在L空间中,记Y为几乎处处等于零的函式全体,则对f∈L,
就是与F几乎处处相等的函式组成的等价类。

如果X为赋范线性空间,Y是X的线性闭子空间,对
规定






附录
[二元关係]设A,B是集合,R是笛卡儿乘积AxB的子集,则称R是A到B的一个二元关係,例如A={x,y},B={a,b},R={(x,a),(x,b),(y,a),(y,b)}.
[自反的二元关係]如果对于集合A的每一个元素a,都有(a,a)属于二元关係R,则称R为自反的二元关係。
[对称的二元关係]如果每当(a,b)属于R,就一定有(b,a)属于R,则称R是对称的二元关係。
[传递的二元关係]如果每当有(a,b)、(b,c)均属于R,必有(a,c)属于R,则称传递的二元关係。
[等价关係]R是A上的[二元关係],如果R是自反的、对称的、传递的二元关係,则称R为A上的等价关係。
[等价类]设R是A的等价关係,a是A中的任意元素,由A中的所有与a相关的元素组成的集合,称为a关于R的等价类。