정리. 두 집합 A,B에 대해 ∣A∣≤∣B∣, ∣A∣≥∣B∣라면 ∣A∣=∣B∣이다.
매우 당연해 보이지만 ≤가 단사함수의 존재성으로, =가 전단사함수의 존재성으로 정의된다는 점에서 트리키한 함수 핸들링을 요구한다.
여담으로 “칸토어-베른슈타인 정리(위키피디아)” 또는 “슈뢰더-베른슈타인 정리(나무위키)”라고도 부르는데 “칸토어-슈뢰더 정리”라고 부르는 경우는 못 봤다. 홍대병에 취해 있다면 “칸토어-슈뢰더 정리”라고 불러보자.
첫 번째 증명

실선이 f:A→B, 점선이 g:B→A이다. 조건에 의해 f,g는 단사이다. C:=Imf가 B와 같다면 증명이 끝나므로, C⊊B라고 하자.
임의의 y∈B∖C에 대해,
- x1y=g(y)
- xn+1y=g(f(xn))
- hy(x1y)=y
- hy(xn+1y)=f(xn)
로 정의한다(보라색). 다음이 성립함을 확인하라.
xny=xmz⟺y=z,n=m
따라서 다음의 함수 h:X→Y는 well-defined이다.
h(x)=⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧hy(x)f(x)x=xny for some y,notherwise
h가 전단사임을 확인하라. ◾
두 번째 증명
보조정리. A1⊂B⊂A에 대해 ∣A1∣≤∣B∣≤∣A∣이고 ∣A1∣=∣A∣라면 ∣A1∣=∣B∣=∣A∣이다.
증명. f:A→A1가 전사라고 하자. 다음과 같이 {An},{Bn},{Cn}을 정의한다.
A0=A,An+1=f[An]B0=B,Bn+1=f[Bn]Cn=An∖Bn
C=⋃Cn,D=A∖C라고 하자. f[C]⊂C,f[D]⊂D임을 확인하라. 따라서 다음의 g:A→B는 전사이다.
g(x)={f(x)xx∈Cx∈D
본 정리의 증명. f:A→B,g:B→A가 전사일 때 ∣gf[A]∣≤∣g[B]∣≤∣A∣이므로 보조정리에 의해 ∣g[B]∣=∣B∣=∣A∣이다. ◾
잘 생각해 보면 두 증명은 사실 같다.
x1y=g−1(y)에서 g−1의 정의역은 Img∈A인데 y∈B∖C인 y를 g−1에 넣을수 있는 이유가 궁금합니다.