อินเตอร์เซกชัน

อินเตอร์เซกชัน (อังกฤษ: intersection) หรือ ส่วนร่วม คือการดำเนินการของเซต เป็นการสร้างเซตใหม่ซึ่งเป็นผลจากการหาสมาชิกทั้งหมดที่เหมือนกันในเซตต้นแบบ เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ ∩ (คล้ายอักษรตัวใหญ่ U กลับหัว)

นิยาม

สมมติให้วงกลมสองวงเป็นเซต A กับ B พื้นที่สีม่วงคือการอินเตอร์เซกชันของเซตทั้งสอง

สมมติว่าเอกภพสัมพัทธ์ U ได้นิยามแล้ว กำหนดให้เซตสองเซต A และ B เป็นเซตย่อยของ U การอินเตอร์เซกชันจะให้ผลเป็นเซตใหม่ที่มีสมาชิกทั้งหมดที่ปรากฏอยู่ใน A และ B โดยไม่มีสมาชิกอื่นนอกเหนือจากนี้ นั่นคือ

$A\cap B=\{x\in \mathbf {U} \,|\,x\in A\land x\in B\}$

ตัวอย่างเช่น กรณีที่มีสมาชิกบางส่วนเหมือนกัน ดังนั้นผลของการอินเตอร์เซกชันจึงเป็นเซตที่ประกอบด้วยสมาชิกที่เหมือนกันเหล่านั้น

${\begin{aligned}A&=\{1,2,3\}\\B&=\{2,3,4\}\\A\cap B&=\{2,3\}\\\end{aligned}}$

หากทั้งสองเซตมีสมาชิกที่แตกต่างกัน คือไม่มีสมาชิกตัวใดเหมือนกันเลย ผลของการอินเตอร์เซกชันจะได้เซตว่าง เราจะกล่าวว่าทั้งสองเซตนั้น ไม่มีส่วนร่วม (disjoint) ต่อกัน

${\begin{aligned}A&=\{1,2,3,4\}\\B&=\{5,6,7,8\}\\A\cap B&=\varnothing \\\end{aligned}}$

สมบัติ

อินเตอร์เซกชันมีสมบัติต่างๆ ทางพีชคณิตดังต่อไปนี้

• อินเตอร์เซกชันมีสมบัติการสลับที่ ดังนั้นลำดับในการอินเตอร์เซกชันเซตจึงเป็นอย่างไรก็ได้
  • $A\cap B=B\cap A$
• อินเตอร์เซกชันมีสมบัติการเปลี่ยนหมู่ จากตัวอย่างนี้
  • $(A\cap B)\cap C=A\cap (B\cap C)=A\cap B\cap C$
• สมาชิกเอกลักษณ์ของการอินเตอร์เซกชันคือเอกภพสัมพัทธ์ (หรือเซตของเซตทั้งหมด)
  • $\mathbf {U} \cap A=A\cap \mathbf {U} =A$
• เซตใดๆ ที่อินเตอร์เซกชันกับเซตว่าง จะได้เซตว่าง
  • $\varnothing \cap A=A\cap \varnothing =\varnothing$
• อินเตอร์เซกชันกับยูเนียน มีสมบัติการแจกแจงซึ่งกันและกัน
  • $A\cap (B\cup C)=(A\cap B)\cup (A\cap C)\Longleftrightarrow (B\cup C)\cap A=(B\cap A)\cup (C\cap A)$
  • $A\cup (B\cap C)=(A\cup B)\cap (A\cup C)\Longleftrightarrow (B\cap C)\cup A=(B\cup A)\cap (C\cup A)$
• อินเตอร์เซกชัน ยูเนียน และส่วนเติมเต็ม มีความสัมพันธ์กันในกฎเดอมอร์แกน
  • $(A\cap B)^{\mathrm {C} }=A^{\mathrm {C} }\cup B^{\mathrm {C} }$
  • $(A\cup B)^{\mathrm {C} }=A^{\mathrm {C} }\cap B^{\mathrm {C} }$

รูปแบบ

อินเตอร์เซกชันไม่จำกัดทั่วไป

หากเราพิจารณาแนวคิดว่าอินเตอร์เซกชันกระทำบนกลุ่มของเซต ถ้าให้ M คือเซตที่มีสมาชิกเป็นกลุ่มของเซตเหล่านั้น (เซตของเซต) และไม่เป็นเซตว่าง x จะเป็นสมาชิกของการอินเตอร์เซกชันของ M ก็ต่อเมื่อ ทุกๆ เซต A ซึ่งเป็นสมาชิกของ M และ x ก็เป็นสมาชิกของ A เขียนแทนด้วย $\bigcap \mathbf {M}$ หรือ $\bigcap _{A\in \mathbf {M} }A$ ดังนี้

$x\in \bigcap \mathbf {M} \iff \forall A\in \mathbf {M} ,\ x\in A$

การอินเตอร์เซกชันของ M ในลักษณะนี้ไม่สำคัญว่า M จะมีจำนวนสมาชิก (จำนวนเซต) มากเท่าใด

สัญกรณ์ $\bigcap _{i\in I}A_{i}$ หมายถึงการอินเตอร์เซกชันของกลุ่มเซต A_i ทั้งหมด โดยที่ i เป็นสมาชิกของเซตดัชนี I ซึ่งเป็นสัญกรณ์แบบเดียวกับการเขียนอนุกรม สำหรับ อินเตอร์เซกชันไม่จำกัด (หรืออินเตอร์เซกชันอนันต์) เซตดัชนี I จะเป็นเซตไม่จำกัด เช่นจำนวนธรรมชาติ สามารถเขียนได้ดังนี้

$\bigcap _{i=1}^{\infty }A_{i}=A_{1}\cap A_{2}\cap A_{3}\cap \dots$

อินเตอร์เซกชันไม่จำกัดซึ่งกลุ่มของเซตนั้นว่าง

ในหัวข้อก่อนหน้านี้ได้ยกเว้นไว้ในกรณีที่ M เป็นเซตว่าง ซึ่งจะได้อธิบายเหตุผลต่อไป ถ้าให้อินเตอร์เซกชันของกลุ่มของเซต M ได้ถูกนิยามไว้แล้วดังนี้

$\bigcap \mathbf {M} =\{x:x\in A\;{\mbox{ for all }}A\in \mathbf {M} \}$

ในกรณีที่ M เป็นเซตว่าง นั่นหมายความว่าไม่มีเซต A ใดๆ อยู่ใน M เลย จึงทำให้เกิดคำถามขึ้นว่า "จะมี x ค่าไหนที่ตรงตามเงื่อนไขที่ระบุบ้าง" คำตอบจึงดูเหมือนว่าเป็น "ทุกค่าของ x ใดๆ ก็ได้" เพราะว่าเมื่อ M เป็นเซตว่าง เงื่อนไขข้างต้นเป็นตัวอย่างหนึ่งของความจริงว่างเปล่า (vacuous truth) ซึ่งจะเป็นจริงเสมอ ดังนั้นการอินเตอร์เซกชันเช่นนี้จึงควรมีคำตอบเป็นเอกภพสัมพัทธ์ ซึ่งไม่มีในทฤษฎีเซตมาตรฐาน (ZFC)

การแก้ปัญหานี้คือการยอมรับว่าเซตทุกเซตเป็นเซตย่อยของเอกภพสัมพัทธ์ U แล้วปรับแต่งการนิยามเพื่อให้สามารถใช้กับ M ที่เป็นเซตว่าง

$\bigcap \mathbf {M} =\{x\in \mathbf {U} :x\in A\;{\mbox{ for all }}A\in \mathbf {M} \}$

แล้วคำตอบของการอินเตอร์เซกชันจึงจะเป็นเอกภพสัมพัทธ์ U

อ้างอิง

• วัชรี กาญจน์กีรติ, พีชคณิตนามธรรม. กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2551. ISBN 978-974-03-2114-9

ดูเพิ่ม

• ผลต่างสมมาตร
• ยูเนียน
• ส่วนเติมเต็ม
• การดำเนินการทวิภาควนซ้ำ