Hoy vamos a hablar hoy de cómo podemos clasificar los conjuntos de acuerdo a la cantidad de elementos que contienen. Este artículo se me ha ocurrido gracias al chico al que le doy clases particulares, Kike, a quien, tras explicarle que entre dos números enteros cualesquiera se hallan infinitos racionales (propiedad de los números racionales), y sabiendo que hay infinitos números enteros, él me preguntó -con mucho ingenio, he de confesar- si, del mismo modo, era posible que todos esos infinitos enteros estuviesen entre un cierto par de otra clase de números más importantes. Esto no es así, porque de serlo se violaría uno de los Axiomas de Peano, pero enseguida me di cuenta de que, para poder explicar la respuesta, primero hace falta entender que hay clases distintas de infinitos.
Distinguimos entre tres clases de conjuntos según su cantidad de elementos. Realmente, su clasificación técnica atiende a una teoría a la que con nuestros conocimientos no tenemos acceso (clasificación por álefs), así que los explicaremos: conjuntos finitos, conjuntos infinitos numerables y conjuntos infinitos no numerables.
Los conjuntos finitos carecen de interés más allá de sus propiedadesintrínsecas, y el modo de contarlos es el por todos conocido: a cada elemento le asignamos un número natural, comenzando desde el uno, y usando los siguientes, por orden, hasta que hayamos mencionado a todos los elementos del conjunto (y, aunque esto suene a perogrullada, es digno de mención).
Ejemplos: los conjuntos {1,2,3} y {5,7,9} tienen 3 elementos. El conjunto de posibles manos en una partida de póquer tiene 2.598.690 elementos.
Los conjuntos infinitos numerables son aquellos conjuntos que tienen infinitos elementos pero que, aún habiéndolos, se pueden poner en orden para poder contarlos. Los conjuntos numerables tienen la propiedad de que se puede establecer una biyección entre sus elementos y el conjunto de los números naturales. Una biyección es un sistema de correspondencias unívocas entre dos conjuntos; más cercanamente, estamos diciendo que si nuestro conjunto es numerable, a cada uno de sus elementos le corresponde un número natural, y sólo uno. El propio conjunto de los números naturales es, por definición, infinito numerable, pues trivialmente se puede establecer una biyección consigo mismo. Veamos un par de ejemplos más interesantes:
El conjunto de los números enteros es numerable. A simple vista pudiera parecer que hay el doble de números enteros que de naturales, pero esta suposición carece de sentido en un contexto infinito, puesto que 2·∞ = ∞. No obstante, es interesante observar cómo debe uno ordenar a los números enteros para asignarles su posición respecto de los naturales:
Si procedemos por tamaño: ... -3,-2,-1,0,1,2,3,... no vamos muy lejos, pues apenas disponemos de un primero que poner al frente de la lista. En cambio, si procedemos como sigue, en seguida se ve clara la relación: (entero -> natural que le hacemos corresponder)
0 -> 1, 1 -> 2, -1 -> 3, 2 -> 4, -2 -> 5, 3 -> 6, ...
Ésto no es nada más que poner a los positivos y a los negativos en filas de éste modo:
1, 2, 3, 4, 5, ...
-1, -2, -3, -4, -5, ...
Ambas filas son infinitas, pero las columnas no lo son, constando cada una de dos elementos nada más; de manera que podemos contar los enteros contando los elementos de cada columna de un modo ordenado.
Y así, si seguimos contando eternamente, nos damos cuenta de que hay tantos enteros como naturales, puesto que por muchos enteros que escribamos, siempre hallaremos un natural al que hacerle correspondencia.
Por si fuera poco sorprendente que los enteros sean numerables, resulta que los racionales también lo son. Como en el caso anterior, todo consiste en saber ordenarlos: primero, los escribiremos en forma de pareja de números, tal que así: (numerador, denominador). Luego, y para ahorrar tiempo y escritura, contaremos los positivos, entendiendo que repitiendo la argucia usada en los enteros se pueden incluir los negativos. Veámoslo:
(1,1) -> 1, (1,2) -> 2, (2,1) -> 3, (1,3) -> 4, (2,2) -> 5, (3,1) -> 6, (1,4) -> 7,...
Clarifiquemos con este esquema, distribuyéndolos de un modo