วิชาคณิตศาสตร์

ในคณิตศาสตร์ คู่อันดับ (a, b) เป็นคู่ของวัตถุทางคณิตศาสตร์ โดย a เรียกว่า สมาชิกตัวหน้า และ b เรียกว่า สมาชิกตัวหลัง คู่อันดับอาจจะมองเป็นพิกัดก็ได้ สำหรับคู่อันดับนั้น อันดับมีความสำคัญ นั่นคือคู่อันดับ (a, b) แตกต่างจากคู่อันดับ (b, a) ยกเว้นกรณีที่ a = b ลักษณะนี้ไม่เหมือนกับคู่ไม่อันดับ ซึ่งคู่ไม่อันดับ {a, b} เท่ากับคู่ไม่อันดับ {b, a}

คู่อันดับยังอาจมองเป็น ทูเพิล, เวกเตอร์ 2 มิติ หรือ ลำดับความยาว 2 ก็ได้ เนื่องจากคู่อันดับสามารถมีสมาชิกเป็นวัตถุทางคณิตศาสตร์ใด ๆ ก็ตาม สมาชิกของคู่อันดับก็อาจจะเป็นคู่อันดับด้วยเช่นกัน ทำให้สามารถนิยาม n สิ่งอันดับ โดยนิยามแบบเวียนเกิดได้ ตัวอย่างเช่น สามสิ่งอันดับ (a,b,c) สามารถนิยามโดย (a, (b,c)) หรือก็คือการนำคู่อันดับซ้อนกันไปเรื่อยๆ

ผลคูณคาร์ทีเซียน และ ความสัมพันธ์ทวิภาค (ซึ่งรวมถึงฟังก์ชัน) สามารถนิยามด้วยคู่อันดับได้ด้วยเช่นเดียวกัน

หลักโดยทั่วไป[แก้]

กำหนดคู่อันดับ ${\displaystyle (a_{1},b_{1})}$ และ ${\displaystyle (a_{2},b_{2})}$ เป็นคู่อันดับใด ๆ คุณสมบัติของคู่อันดับคือ

${\displaystyle (a_{1},b_{1})=(a_{2},b_{2})}$ ก็ต่อเมื่อ ${\displaystyle a_{1}=a_{2}}$ และ ${\displaystyle b_{1}=b_{2}.\!}$

เซตของคู่อันดับทั้งหมดที่สมาชิกตัวหน้ามาจากเซต X และสมาชิกตัวหลังมาจากเซต Y เรียกว่าผลคูณคาร์ทีเซียนของ X และ Y หรืออาจเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้ว่า X×Y ซึ่งความสัมพันธ์ทวิภาคจากเซต X ไปเซต Y ใด ๆ จะเป็นเซตย่อยของ X×Y

ในกรณีที่วงเล็บได้นำมาใช้เพื่อจุดประสงค์อื่นแล้ว เช่นใช้แทนช่วงเปิดบนเส้นจำนวน ก็อาจใช้สัญลักษณ์วงเล็บ ${\displaystyle \left\langle a,b\right\rangle }$ แทน ${\displaystyle (a,b)}$ ตามปกติได้

การนิยามคู่อันดับโดยใช้ทฤษฎีเซต[แก้]

เนื่องจากทฤษฎีเซตอาจถือได้ว่าเป็นรากฐานของคณิตศาสตร์ ดังนั้นวัตถุทางคณิตศาสตร์ใด ๆ ก็จะต้องสามารถนิยามภายใต้เซตได้ รวมถึงคู่อันดับด้วย^[1] โดยได้มีนิยามหลากหลายรูปแบบในการนิยามคู่อันดับขึ้นมาจากเซต

นิยามของ Wiener[แก้]

Norbert Wiener ได้เสนอนิยามคู่อันดับโดยใช้ทฤษฎีเซตเป็นคนแรกในปี 1914^[2]

${\displaystyle \left(a,b\right):=\left\{\left\{\left\{a\right\},\,\emptyset \right\},\,\left\{\left\{b\right\}\right\}\right\}.}$

เขายังสังเกตว่าด้วยนิยามนี้สามารถนำไปใช้กับการนิยามประเภทให้อยู่ในรูปของเซตได้อีกด้วย

Wiener ใช้ {{b}} แทนที่ {b} เพื่อให้นิยามนี้เข้ากันได้กับทฤษฎีประเภท ซึ่งมีข้อกำหนดว่าสมาชิกทุกตัวในคลาสต้องเป็น "ประเภท" เดียวกัน หรือนั่นก็คือเพื่อทำให้ ${\displaystyle \{\{b\}\}}$ เป็นประเภทเดียวกันกับ ${\displaystyle \{\{a\},\emptyset \}}$

นิยามของ Hausdorff[แก้]

ในเวลาใกล้เคียงกันกับการเสนอนิยามคู่อันดับของ Wiener ในปี 1914 Felix Hausdorff ก็ได้นำเสนอนิยามด้วยเช่นกัน

${\displaystyle (a,b):=\left\{\{a,1\},\{b,2\}\right\}}$

โดยที่ 1 และ 2 ต้องแตกต่างจาก a และ b^[3]

นิยามของ Kuratowski[แก้]

ในปี 1921 Kazimierz Kuratowski ได้เสนอนิยามคู่อันดับซึ่งปัจจุบันเป็นที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลาย^[4] ว่า

${\displaystyle (a,\ b)_{K}\ :=\ \{\{a\},\ \{a,\ b\}\}.}$

มีการใช้นิยามนี้แม้ในกรณีที่สมาชิกตัวหน้ากับสมาชิกตัวหลังเหมือนกัน

${\displaystyle (x,\ x)_{K}=\{\{x\},\{x,\ x\}\}=\{\{x\},\ \{x\}\}=\{\{x\}\}}$

เมื่อกำหนดคู่อันดับ p การทดสอบว่า x เป็นสมาชิกตัวหน้าของ p หรือไม่ สามารถหาได้จากค่าความจริงของ

${\displaystyle \forall {Y}{\in }{p}:{x}{\in }{Y}.}$

ในกรณีที่ต้องการทดสอบว่า x เป็นสมาชิกตัวหลังของ p หรือไม่ สามารถหาได้จากค่าความจริงของ

${\displaystyle (\exists {Y}{\in }{p}:{x}{\in }{Y})\land (\forall {Y_{1},Y_{2}}{\in }{p}:Y_{1}\neq Y_{2}\rightarrow ({x}{\notin }{Y_{1}}\lor {x}{\notin }{Y_{2}})).}$

สังเกตว่าเงื่อนไขนี้สามารถใช้ได้ในกรณีที่สมาชิกตัวหน้าและสมาชิกตัวหลังเหมือนกันด้วย เพราะประพจน์เชื่อม (conjunct) ${\displaystyle (\forall {Y_{1},Y_{2}}{\in }{p}:Y_{1}\neq Y_{2}\rightarrow ({x}{\notin }{Y_{1}}\lor {x}{\notin }{Y_{2}}))}$ จะเป็นจริงเสมอจากการที่ Y₁ ≠ Y₂ ให้ค่าความจริงเป็นเท็จ ส่งผลให้เหลือแต่การทดสอบว่ามีสมาชิกตัวหลังในสมาชิกของเซตหรือไม่ หากต้องการจะนำค่าสมาชิกตัวหน้าออกมาจากคู่อันดับ p สามารถหาได้จาก

${\displaystyle \pi _{1}(p)=\bigcup \bigcap p}$

และหากต้องการจะนำค่าสมาชิกตัวหลังออกมาจากคู่อันดับ p สามารถหาได้จาก

${\displaystyle \pi _{2}(p)=\bigcup \{x\in \bigcup p\mid \bigcup p\not =\bigcap p\rightarrow x\notin \bigcap p\}}$