Le théorème de Kőnig en théorie des ensembles est dû au mathématicien hongrois Julius Kőnig (1849-1913).
Théorème de Kőnig
Il se démontre[1] à l'aide de l'axiome du choix (auquel il est en fait équivalent) et s'énonce ainsi :
Démonstration
Soit de tels
,
et
.
Posons

la réunion

puis

le produit cartésien

. On cherche à établir l'inégalité

.
D'une part, on introduit
la fonction de
dans
définie par

Cette fonction est clairement injective de

dans

. Donc, une première inégalité vient :

.
Cherchons d'autre part à raffiner l'inégalité. Soit
une suite (quelconque) de parties de
satisfaisant
. Amenons pour tout
dans
une projection
de
dans
, dont l'image est ainsi un sous-ensemble propre de
. L'axiome du choix assure en ces conditions l'existence d'une suite de choix
dans le produit
telle que
. Une telle suite n'appartient à aucun
, pour
dans
, ce qui montre que
. On peut conclure sur la négation ainsi donnée de l'égalité
. C.Q.F.D.
Corollaire
Corollaire — La puissance du continu n'est pas la somme d'une famille dénombrable de cardinaux strictement plus petits.
Démonstration
ℝℕ étant équipotent à ℝ, il suffit d'appliquer le théorème de König avec
et
.
Dans le système ZFC (de Zermelo-Fraenkel avec axiome du choix), ce théorème est le résultat le plus fin concernant la taille du continu (voir également le théorème d'Easton).
Références
- ↑ On pourra consulter La théorie des ensembles: Introduction à une théorie de l'infini et des grands cardinaux de Patrick Dehornoy, édition Calvage et Mounet, au chapitre V point 2.2.5. La démonstration qui suit est directement empruntée à celle présentée dans cet ouvrage.
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