有序对是由两个按指定顺序排列的分量组成的数学对象,通常记为 。其中, 是第一分量, 是第二分量。其定义性性质是:两个有序对相等,当且仅当它们对应的分量分别相等。有序对是 笛卡尔积、二元关系和函数的基础,使数学能够区分位置、角色以及输入与输出之间的关系。(people.math.binghamton.edu)
定义与相等条件
有序对的特征性相等规则为
因此,除非 ,否则 与 不同。例如,,而交换 的两个分量后,它保持不变。有序对允许分量重复:即使两个位置放置的是同一个对象,有序对也始终具有两个分量位置。(people.math.binghamton.edu)
这一点将有序对与用集合 表示的无序对区别开来。集合不区分其元素的书写顺序,因此 。此外,,后者是一个单元素集合。因此,有序对保留了分量的位置信息,而单纯由这些分量构成的集合并不保留这种信息。有序对也可记为 。(people.umass.edu)
集合论中的构造
在集合论中,有序对可以完全用集合来表示。一种称为库拉托夫斯基有序对的标准构造定义为
这种嵌套结构能够区分出第一分量,而不要求最外层集合本身具有顺序。该构造满足有序对的特征性相等规则,因此实现了有序对这一抽象概念。(math.cuhk.edu.hk)
要说明如何从中还原两个分量,令 。它的各个元素的交集为 ,并集为 。因此, 可以唯一确定;如果这个并集中还有另一个不同的元素,那么该元素就是 ,否则 。特别地,
尽管这个用于表示有序对的集合只有一个元素,它仍然编码了两个取值相等的分量位置。这些分析说明了为什么即使两个分量相同,该构造仍能保留所需的信息。(math.cuhk.edu.hk)
笛卡尔积与投影
对于集合 和 ,它们的笛卡尔积为
例如,若 、,则其笛卡尔积包含 。第一分量必须来自 ,第二分量必须来自 。如果任一因子是空集,则笛卡尔积为空。(people.math.binghamton.edu)
坐标投影是函数 和 ,它们分别提取两个分量。交换分量可以得到从 到 的一个双射函数,其逆函数同样通过交换分量来定义。这种对应关系并不意味着两个笛卡尔积相同:因子的顺序决定了各位置上的分量属于哪个集合。(people.math.binghamton.edu)
关系与函数
从 到 的二元关系是一个子集 。 表示 与 具有指定的关系。对于“欠钱于”这样的关系,颠倒有序对就会改变谁欠谁的钱。其逆关系为
因此,分量的顺序表达了关系的方向,而不仅仅是一种书写约定。(osera.cs.grinnell.edu)
函数 的函数图像为
函数的定义域中的每个元素都作为第一分量出现,并且恰好对应陪域中的一个值。一般的关系可以使同一个第一分量对应多个第二分量,但函数不可以。不过,除非该函数是单射函数,否则不同的输入仍可能具有相同的输出。(osera.cs.grinnell.edu)
坐标几何与复数
在解析几何中,笛卡尔坐标系用由两个实数组成的有序对 表示平面上的每个点。第一坐标给出相对于坐标轴和原点的水平位置,第二坐标给出竖直位置。因此, 与 通常表示不同的点。如果将有序对的两个分量代入一个二元方程后使方程成立,那么该有序对就是这个方程的解。(openstax.org)
复数 同样可以用 表示。在复平面中,水平坐标是实部,竖直坐标是虚部。例如, 对应于 。这种表示方式赋予两个实数分量不同的数学角色。(openstax.org)
元组与嵌套有序对
有序对是有序元组具有两个分量时的情形。更长的元组可以递归构造;一种约定将 定义为 。另一种方法将元组表示为定义在指标集 上的函数,将每个指标映射到相应的分量。这两种方法都保留了逐分量判定相等的规则。(math.cuhk.edu.hk)
对于嵌套的笛卡尔积,需要注意分组方式。对象 与 具有不同的结构,分别属于 和 。不过,两者之间存在一个保留全部三个分量的自然双射。当这种表示方式上的区别不影响论证时,数学记号通常会将其省略。(cs.yale.edu)