Conjunto vazio

Em matemática, mais especificamente em teoria dos conjuntos, o conjunto vazio é o único conjunto que não possui elementos. Dizemos que o seu tamanho ou cardinalidade é zero. Em algumas teorias de conjuntos a sua existência é postulada mediante o axioma do conjunto vazio; em outras é deduzida.

Um termo alternativo para conjunto vazio, porém inadequado, é conjunto nulo que possui, em teoria da medida, um significado técnico não-equivalente.

Símbolo usado para denotar o conjunto vazio

Uma notação para o conjunto vazio, bastante comum, é "{ }". Duas outras notações, igualmente comuns, são "$\varnothing$" e "$\emptyset$" . Estas foram introduzidas pelo grupo Bourbaki (mais especificamente por André Weil), em 1939, e são inspiradas na letra Ø do alfabeto dano-norueguês (e não possuem, de maneira alguma, relação com a letra grega Φ). Outras notações para o conjunto vazio, de uso menos frequente, são "Λ" e "0".

Propriedades

Muitas propriedades sobre conjuntos são trivialmente satisfeitas pelo conjunto vazio. Por exemplo, para mostrar que um conjunto $B$ é subconjunto de um conjunto $A$, é necessário mostrar que todo elemento de $B$ é também um elemento de $A$. E, logicamente, para mostrar que $B$ não é subconjunto de $A$, é preciso exibir um elemento de $B$ que não seja elemento de $A$. Assim, em particular, como $\varnothing$ não possui elementos, não é possível mostrar que $\varnothing$ não é subconjunto de um conjunto dado $A$. Logo, somos obrigados a aceitar que $\varnothing \subset A$ qualquer que seja o conjunto $A$.

Tal como se argumenta em favor de que $\varnothing \subset A$ para todo conjunto $A$, mostra-se que o conjunto vazio é um conjunto aberto da reta. De fato, para mostrar que $\varnothing$ é aberto precisa-se mostrar que todo ponto de $\varnothing$ é ponto interior. Como $\varnothing$ não possui pontos, não possui também pontos que não são interiores e, assim, é, por impossibilidade de prova em contrário, um aberto da reta.

Em geral, para refutar que um conjunto $A$ não possui uma propriedade $p$ é necessário exibir um $x\in A$ que invalida a propriedade, isto é, tal que $p(x)$ é falsa. Assim, como $\varnothing$ não possui elementos, é comum não se poder mostrar que $\varnothing$ não possui uma dada propriedade $p$. Dizemos que tais propriedades são verdadeiras por vacuidade (isto é, por impossibilidade de mostrar-se o contrário).

Propriedades topológicas

• O conjunto vazio é aberto. De fato, por definição de topologia. De uma outra forma: porque não contém pontos que não sejam interiores (tal como argumentado anteriormente).
• O conjunto vazio é fechado. Por definição de topologia, o espaço inteiro é sempre aberto. Deste modo, como complementar de aberto é fechado, segue que o vazio é fechado. Noutros termos, um conjunto é fechado quando contém todos os seus pontos de acumulação. Como $\varnothing$ não possui pontos, não existem sequências de pontos $(x_n)_{n\in\mathbb{N}}\subset\varnothing$ e, assim, $\varnothing$ não possui pontos de acumulação e é, portanto, fechado.
• O conjunto vazio é compacto. Como todo conjunto finito é compacto, $\varnothing$ é compacto. Mais trivialmente, como $\varnothing$ está contido em todo conjunto, em particular nos abertos, qualquer coleção finita de abertos cobre $\varnothing$.
• O conjunto vazio é conexo. Ora, para que $\varnothing$ fosse desconexo, seria preciso que existissem dois abertos $U$ e $V$ não-vazios e disjuntos tais que $U \cup V = \varnothing$. Agora, a união de dois conjuntos não-vazios é sempre não-vazia e, portanto, $U \cup V \neq \varnothing$ para quaisquer abertos não-vazios $U$ e $V$.

Supremo e ínfimo

Uma vez que o conjunto vazio não possui elementos, quando considerado como um subconjunto de um conjunto ordenado, todo elemento do conjunto ordenado é uma cota superior e, também, uma cota inferior para o conjunto vazio. Por exemplo, quando considerado como um subconjunto de $\mathbb{R}$, munido da ordem usual, todo número real é tanto uma cota superior como uma cota inferior para o conjunto vazio. Assim, na reta real estendida, temos

$\sup\varnothing=\min(\{-\infty, +\infty \} \cup \mathbb{R})=-\infty$ e $\inf\varnothing=\max(\{-\infty, +\infty \} \cup \mathbb{R})=+\infty.$

Teoria das categorias

Dado um conjunto $A$ qualquer, existe uma única função $f : \varnothing \rightarrow A$, a função vazia. Como resultado, o conjunto vazio é o único objeto inicial na categoria dos conjuntos.

Podemos ainda fazer do conjunto vazio um espaço topológico, chamado espaço vazio, definindo sobre ele a seguinte topologia: $\tau = \{\varnothing\}$. Este espaço topológico é o único objeto inicial na categoria dos espaços topológicos.

Questões filosóficas

Se por um lado o conceito de conjunto é comum e amplamente aceito em matemática, por outro permanece como uma curiosidade ontológica, sendo discutido por filósofos e lógicos.

O conjunto vazio não é o mesmo que nada; é um conjunto com nada dentro e um conjunto é sempre algo. Esta questão pode ser melhor ilustrada com a analogia: uma sacola vazia, mesmo que vazia, ainda existe; e isto não se discute. Darling (2004) explica que o conjunto vazio não é nada senão "o conjunto de todos os triângulos com quatro lados, de todos os números maiores do que nove e menores do que oito, e o conjunto de todos os movimentos de abertura, em xadrez, que envolvam um rei."

O silogismo popular

Nada é melhor do que a eterna felicidade. Um sanduíche de presunto é melhor do que nada. Logo, um sanduíche de presunto é melhor do que a eterna felicidade

é, frequentemente, usado para demonstrar a relação filosófica entre o conceito de nada e de conjunto vazio. Darling escreve que a diferença pode ser vista quando se reescreve as afirmações "Nada é melhor do que a eterna felicidade" e "Um sanduíche de presunto é melhor do que nada" em linguagem mais matemática. De acordo com Darling, as duas afirmações são, respectivamente, equivalentes a "O conjunto de todas as coisas que são melhores do que a eterna felicidade é $\varnothing$" e "O conjunto {sanduíche de presunto} é melhor do que o conjunto $\varnothing$". Enquanto a primeira frase é uma comparação entre elementos de conjuntos, a segunda é uma comparação entre dois conjuntos.

Referências

• Conway, Jonh B. Functions of One Complex Variable (em inglês). 2nd ed. [S.l.: s.n.], 1978. 322 p. ISBN 0-387-90328-3
• Darling, D. J. The universal book of mathematics (em inglês). [S.l.]: John Wiley and Sons, 2004. ISBN 0-471-27047-4
• Halmos, Paul R. Teoria ingênua dos conjuntos. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2001. 178 p. ISBN 85-7393-141-8 (Tradução de Lázaro Coutinho)
• Jech, Thomas J. Set Theory: The Third Millennium Edition, Revised and Expanded (em inglês). [S.l.]: Springer, 2003. ISBN 3-540-44085-2
• Lipschutz, Seymour. Teoria dos conjuntos. Recife: McGraw-Hill do Brasil Ltda, 1976. (Tradução de Fernando Vilain Heusi da Silva)
• Thomson, Brian S.; Bruckner, Judith B.; Bruckner, Andrew M., 2008. Elementary Real Analysis (em inglês), 2nd ed. Prentice Hall. 740 p. ISBN 978-1434843678

Ver também

• Axioma do conjunto vazio
• Conjunto
• Conjunto habitado
• Singleto
• Teoria de conjuntos
• Topologia trivial
• Urelemento
• Zero

Ligações externas

• Eric W. Weisstein, Empty Set em MathWorld.