數學英文

集合

藉計算機科學 (computer science) 的資料結構 (data structure) 觀念來說, 集合 (set) 是一組不重複而且可任意排序的物件 (non-repeated / unique objects in any order),「可任意排序」的另一個說法是「無關乎順序」: The order of elements in a set doesn't matter. 前面那句話裡的 elements 是指集合內的物件,稱為「元素」。

電腦裡最常見的集合是資料夾:folders or directories(又稱為檔案夾)。 Folder 就像集合,它裡面的檔案 (files) 就像元素, folder 裡面不准有同名的檔案,也就是不得重複; 檔案可以按照名稱、時間,或大小排序 (sorted by name, by time, or by size), 意思是順序並不重要。 特別要注意的是,有些元素本身可能是集合,也就是集合之內還可以有集合, 就像資料夾裡面可以有普通文件檔案,也可以有其他的資料夾。

數學用一對大括號 (braces) 表示集合, 例如 \(\{a,b,c\}\) 有 3 個元素:The set of a, b, c has three elements, 而 \(\{a,b,\{c\}\}\) 也有 3 個元素:a, b, {c} (the set of c)。 認識任何數學物件的第一步就是要明白它們什麼時候「相等」(the equivalence conditon); 例如分數 (fractions) 的相等就是小學生的一大課題。 兩個集合的「相等」就是它們擁有完全相同的元素。 例如 {c} 是一個集合,它僅有一個元素 c,但 c 本身是未定義的物件, 它不一定是集合,即使是也不知道裡面有哪些元素,所以 \(\{c\}\not=c\)。 既然如此,我們就知道 \[\{a,b,c\}\not=\{a,b,\{c\}\}\] 因為這兩個集合內的元素並不全然相同。 但是,集合內重複的元素被視為同一個,而且無關乎順序,所以 \[\{a,b,b,c\}=\{a,b,c\}=\{b,c,a\}\]

等號 (equal sign) 也用來命名 (designation) 或定義 (definition)。 有些文件會用「:=」(colon-equal sign) 表示命名或定義,但大多數還是直接用「=」; 而 := 應該讀作「定義為」(is defined to be)。 例如令/設 (let) \(A=\{a,b,c\}\) 意思並不是集合 A 等於 \(\{a,b,c\}\), 而是將 \(\{a,b,c\}\) 命名為 A,或者將 A 定義為 \(\{a,b,c\}\)。 同理 \(B:=\{a,b,\{c\}\}\) 意思是 B is defined to be \(\{a,b,\{c\}\}\)。 這兩個集合不相等,可以簡記成 \(A\not=B\) (A is not equal to B)。

我們可以用列舉元素 (enumerate the elements) 的方式來設定集合, 例如 \(\{a,b,c\}\) 或者 \(\{0,1,2,\cdots,99\}\) 都是集合的列舉式定義 (sets defined by enumeration)。 只要能有效溝通,也可以用列舉方式定義無窮多元素的集合,例如 \[\mathbb{N} := \{1, 2, 3, \cdots\}\] 就是定義 \(\mathbb N\) 為自然數集合。 其實,直接說「令 \(\mathbb N\) 表示自然數」: Let \(\mathbb N\) be the set of natural numbers 就可以了。

[語音講解:set.mp3]

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Created: July 12, 2022
Last Revised: 11/24
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