Logika i teoria mnogości/Aksjomaty teorii mnogości
Aksjomaty Zermela-Fraenkla
[edytuj]Aksjomat jednoznaczności
[edytuj]
Aksjomat ten mówi, że jedynym kryterium, które rozstrzyga o tym, czy dane zbiory są takie same, jest to jakie elementy się w nim znajdują. Nie istnieje natomiast żadna inna cecha, która może wpływać na równość zbiorów. Z drugiej strony - jeżeli chcemy pokazać, że dane dwa zbiory są równe należy pokazać, że wszystkie elementy należące do jednego z nich, należą też do drugiego i odwrotnie. Żeby pokazać, że dwa zbiory są różne, należy znaleźć element, który należy tylko do jednego z nich.
Zawieranie zbioru A w zbiorze B jest własnością, którą przypisujemy, gdy zachodzi następujący warunek:
Mówimy czasami też, że A jest podzbiorem zbioru B.
Przy oznaczaniu nie panuje jednomyślność - czasami używa się też następującego, równoważnego symbolu: , który dodatkowo podkreśla możliwość równości zbiorów - formalnie oznacza jednak to samo i dlatego, w dalszej części książki będzie stosowany . Natomiast symbol oznacza:
.
Podzbiór spełniający powyższą właściwość nazywany jest podzbiorem właściwym.
Uwaga 1: , itd.
Uwaga 2: .
Aksjomat zbioru pustego
[edytuj]
Aksjomat mówi, że istnieje zbiór, do którego nie należy żaden element - innymi słowy zbiór pusty. Znak jest standardowym oznaczeniem zbioru pustego. Co więcej - na podstawie aksjomatu jednoznaczności możemy zauważyć, że istnieje tylko jeden taki zbiór.
Dowód:
Niech - dwa zbiory puste. Na mocy aksjomatu zbioru pustego zachodzi:
A tym samym - .
Z kolei na mocy aksjomatu jednoznaczności ostatnia równoważność jest równoważna równości zbiorów. Stąd .
Aksjomat pary
[edytuj]
Aksjomat ten postuluje istnienie dla każdej pary zbiorów istnienie takiego zbioru, którego elementami są tylko i wyłącznie te dwa zbiory i nic więcej. Dla zbiorów A i B taki zbiór oznaczamy przez . Warto zwrócić tutaj uwagę, że kolejność wypisywania elementów nie ma znaczenia, tzn. =.
Uwaga 1: - zarówno równość jak i nierówność wynikają z aksjomatu jednoznaczności.
Uwaga 2: Dysponując wymienionymi aksjomatami możemy niejako wyprodukować nieskończenie wiele zbiorów. Zauważmy: , , , ...
Aksjomat sumy
[edytuj]
Dla każdego zbioru A istnieje zbiór którego elementami są elementy elementów zbioru A. Jest to pojęcie dużo ogólniejsze od zwyczajnej, "naturalnej" sumy, którą można teraz łatwo zdefiniować:
Aksjomat zbioru potęgowego
[edytuj]
Dla każdego zbioru A istnieje zbiór składający się tylko i wyłącznie z jego podzbiorów. Zbiory takie nazywamy zbiorami potęgowymi danego zbioru A. Czasami pojawia się też równoważne oznaczenie: .
Uwaga 1:
Aksjomat zastępowania
[edytuj]Niech P(X,Y) - dwuargumentowy predykat.
Niech istnieje warunek dwuargumentowy P taki, że jeżeli P(q,p) i P(q,r) jest prawdą, to zachodzi p=r.
Wówczas dla każdego zbioru A istnieje taki zbiór, który składa się tylko z tych elementów, które odpowiadają elementom zbioru A względem predykatu P.
Predykat tego typu bywa nazywany predykatem funkcyjnym, ponieważ można go zastąpić funkcją (pojęcie i definicja funkcji pojawi się w dalszej części książki). Poprzednik implikacji jest właśnie warunkiem predykatu funkcyjnego.
Intuicyjnie powyższy aksjomat możemy rozumieć następująco: jeżeli mamy jakieś elementy, spośród których możemy wskazać zbiór A, a każdy element możemy jednoznacznie połączyć w parę z innym elementem, to możemy też wskazać zbiór elementów sparowanych z elementami zbioru A.
Aksjomat wycinania
[edytuj]Czasami podając aksjomatykę teorii mnogości zamiast aksjomatu zastępowania podaje się słabszy aksjomat wycinania. Aksjomat ten można wyprowadzić z powyższych aksjomatów (dlatego nie jest potrzebny, jeżeli przyjmujemy aksjomat zastępowania), mimo to warto go tutaj zaprezentować:
Niech P - jednoargumentowy predykat.
Czyli dla każdego zbioru A istnieje taki jego podzbiór B, który składa się tylko z tych elementów zbioru A, które spełniają predykat P.
Dowód aksjomatu wycinania na gruncie aksjomatu zastępowania i aksjomatu zbioru pustego przebiega następująco: niech P1 - predykat jednoargumentowy, taki jak w aksjomacie wycinania, niech P2 - predykat dwuargumentowy, taki jak w aksjomacie zastępowania. Dla każdego predykatu P1 definiujemy predykat P2 następująco:
przy czym P1(y) jest prawdą i . Jeżeli taki element y nie istnieje, to zbiór B wymieniony w aksjomacie jest zbiorem pustym - .
Aksjomat regularności
[edytuj]
Aksjomat ten mówi tyle, że dla każdego zbioru A musi istnieć jakiś jego element a rozłączny z A tzn. nie posiadający elementów wspólnych.
Czasami rozważa się układ aksjomatów z pominięciem aksjomatu regularności - rozważane są wówczas tzw. hiperzbiory.
Uwaga 1: Z powyższego aksjomatu wynika, że . Rozważmy zbiór {x}. W myśl aksjomatu regularności każdy element albo należy do zbioru x albo należy do zbioru {x}. Z tego wynika, że jedyny element zbioru {x} nie może należeć do zbioru x, czyli, że .
Aksjomat nieskończoności
[edytuj]
Istnieje zbiór , do którego należy zbiór pusty a także dla dowolnego elementu x zbioru należy do niego również suma teoriomnogościowa tego elementu i singletonu tego zbioru: .
Uwaga 1: Szczególnym przykładem zbioru induktywnego jest zbiór liczb naturalnych, o czym można będzie przeczytać dalej.
Aksjomat wyboru
[edytuj]Niech X - rodzina zbiorów (czyli zbiór zbiorów) niepustych i parami rozłącznych.
Zbiór A bywa nazywany selektorem.
Hipoteza continuum
[edytuj]Hipoteza continuum pojawi się w dalszej części książki, gdzie będzie zrozumiałe skąd się wzięła i co się z nią wiąże. Tymczasem i dla porządku jej postać w formie słownej:
Nie istnieje zbiór mocy mniejszej od mocy zbioru liczb rzeczywistych i jednocześnie mocy większej niż zbiór liczb naturalnych.
Warto zaznaczyć, że rozważa się zarówno teorie przyjmujące hipotezę continuum, jak i te przyjmujące jej zaprzeczenie.