¿Por qué la cardinalidad de la unión de los conjuntos A y B no es igual a la cardinalidad del conjunto A más la cardinalidad del conjunto B?

Asumiendo los conjuntos finitos A y B , los valores de los elementos se cuentan una vez cada uno; los duplicados no cuentan. Así, por ejemplo, {1, 2, 3} = {3, 2, 1, 2, 3} y ambos tienen cardinalidad 3. (Para un conjunto finito, su cardinalidad es el número de elementos distintos que contiene el conjunto).

Con respecto a AB , puede ser que el mismo valor sea un elemento de A y un elemento de B. Ese valor se cuenta una vez en la cardinalidad de A y una vez en la cardinalidad de B. Sin embargo, cuando A y B se combinan mediante la unión, contamos el valor de ese elemento solo una vez, no dos, a pesar de que A y B contribuyen con ese elemento. Así,
El | AB | = | A | + | B | – | AB |, con las barras || indicando cardinalidad del conjunto adjunto.
Esto surge porque queremos contar cada elemento de A una vez y cada elemento de B una vez, por lo tanto, la suma de los dos primeros términos; sin embargo, para contar cada elemento una vez, no queremos contarlo dos veces siempre que sea un elemento de ambos conjuntos, por lo que, después de contarlo dos veces, restamos el número de repeticiones debido a la superposición, esa superposición es AB , La intersección de A y B.

Como ejemplo, dejemos A = {4, 10, 16} y B = {16, 8, 4}. A aporta 3 elementos y B aporta 3 elementos, lo que hace que 3 + 3 = 6 elementos hasta ahora. Sin embargo, cada uno de los elementos 4 y 16 se contó dos veces, una desde A y otra desde B , lo que no queremos. Ahora, A ∩ B = {4, 16}, lo que indica que, de hecho, se han contado dos elementos dos veces, por lo que tenemos que restar 1 para cada uno de esos 2 elementos, es decir, restar 1 × 2 = 2, solo el recuento de elementos en la intersección. Por lo tanto, el recuento final de elementos en la unión es 6 – 2 = 4, lo que concuerda con el recuento de elementos distintos en la unión
AB = {4, 8, 10, 16}.

Cuando no hay superposición entre los dos conjuntos, entonces A ∩ B = ∅, y | ∅ | = 0, por lo que no hay que hacer ninguna corrección; restar 0 no hace nada a la suma de la cardinalidad de los dos conjuntos. Por lo tanto, en este caso especial, | AB | = | A | + | B |.

Si cualquiera de los conjuntos es infinito, la teoría de conjuntos tiene grados de infinito al describir la cardinalidad de los conjuntos. La unión de dos conjuntos en ese caso es la mayor cardinalidad de los dos conjuntos.

Es si son disjuntos. Eso significa que no tienen que compartir elementos.

Por ejemplo, si [matemáticas] A = \ {1,2 \} [/ matemáticas] y [matemáticas] B = \ {3,4 \} [/ matemáticas]. Entonces [math] | A \ cup B | = | A | + | B | [/ math]. [matemáticas] A \ cup B = \ {1,2,3,4 \} [/ matemáticas].

Pero si [matemáticas] A = \ {1,2 \} [/ matemáticas] y [matemáticas] B = \ {2,3 \} [/ matemáticas]. Entonces [math] | A \ cup B | \ neq | A | + | B | [/ math]. [matemáticas] A \ cup B = \ {1,2,3 \} [/ matemáticas].

De hecho, la cardinalidad de la unión de dos conjuntos disjuntos es igual a la suma de sus cardinalidades. De hecho, así es como se define la suma para los números cardinales.

Los números cardinales finitos son solo los números naturales [math] \ mathbf N = \ {0, 1, 2, \ ldots \} [/ math]. La adición de cardenales finitos es la adición habitual.

El cardenal infinito más pequeño es [math] \ aleph_0 [/ math], la cardinalidad de [math] \ mathbf N [/ math].

Dado que para cualquier número entero positivo [math] n [/ math], existe una correspondencia biunívoca entre el conjunto [math] \ {- n, \ ldots, -2, -1,0,1,2 \ ldots \} [/ math] y [math] \ mathbf N [/ math], tiene la misma cardinalidad que [math] \ mathbf N [/ math], por lo tanto, la suma del cardenal [math] n [/ math] y el cardenal [math] \ aleph_0 [/ math] es [math] \ aleph_0 [/ math]:

[matemáticas] \ quad n + \ aleph_0 = \ aleph_0 [/ matemáticas].

Dado que el conjunto de números pares no negativos [matemáticas] \ {0,2,4, \ ldots \} [/ matemáticas] y el conjunto de números impares no negativos [matemáticas] \ {1,3,5, \ ldots \} [/ math] cada uno tiene una correspondencia uno a uno con [math] \ mathbf N [/ math], por lo tanto, cada uno tiene cardinalidad [math] \ aleph_0 [/ math]. Así

[matemáticas] \ quad \ aleph_0 + \ aleph_0 = \ aleph_0 [/ math].

En general, la suma de un cardenal finito y un cardenal infinito es el cardenal infinito, y la suma de dos cardenales infinitos es el máximo de los dos (suponiendo el axioma de elección).