集合存在性公理

更新时间:2022-08-25 16:09

集合存在性公理(existence axiom of set)是GB系统的集合论公理,指GB系统中的第3组(即C组)公理,共有4条,包括无穷公理,并集公理幂集公理,和替换公理

基本介绍

集合存在性公理是GB系统的集合论公理,指GB系统中的第3组(即C组)公理,共有4条:

1.无穷公理,即无条件承认有一非空集a,对于a的每一元x,必有a的元y,使得x为y的真子集,因此,a的元必有无穷多。

2.并集公理,即断言对任何集x,都存在着一集y,使得x的任何元的元都是y的元。

3.幂集公理,指对任何集x,都有集合y存在,使得x的任一子集都是y的元。

4.替换公理,指对任何集合x和任何单值的A,总有集合y存在,此y恰由x的元经由单值二元关系A所产生的集组成。

其符号表达式依次为:

C1 ∃a{~Cm(a)∧ᗄx[x∈a→∃y(y∈a∧x⊂ y)]}.

C2 ᗄx∃yᗄuᗄv[u∈v∧v∈x→u∈y].

C3 ᗄx∃yᗄu[u⊆x→u∈y].

C4 ᗄxᗄA{Un(A)→∃y ᗄu[u∈y↔∃v(v∈x∧   〈u,v〉∈A)]}.

注意,由C1,C2,C3所决定的新集合并不惟一确定,又上述诸符号表达式中之Cm和Un分别指空类和单值,亦即:

Cm(X)→ᗄuᒣ(u∈X),

Un(X)↔ᗄuᗄvᗄw[〈 〉∈X∧〈 〉∈X→v=w].

无穷公理

无穷公理(axiom of infinity)亦称无限公理,是集合论的一条重要公理,由策梅洛(E.F.F.Zermelo)于1908年首先提出,该公理是断言:存在无穷集合。对策梅洛这一公理的形式化有各种不同的方法,较为成功的有:

1.∃X(∃u(u∈X)∧(∀u∈X)

(∃v(v∈X∧u⊆v∧¬(v=u)).

2.存在一个递归集S:∃S(∅∈S∧(∀X∈S)[X∪{X}∈S]).递归集是无限集;反之,利用替换公理模式可从无限集的存在性推出递归集的存在性.

另外,1925年,塔尔斯基(A.Tarski)定义了T无限的概念:如果存在X⊆P(N),没有极大元素,则称N是T无限集,他证明了一个集合无限,当且仅当它是T无限的,因此无穷公理也可表述为:存在T无限集。

并集公理

并集公理(axiom of union)是集合论的一条重要公理,由策梅洛(E.F.F.Zermelo)于1908年提出,该公理断言:对任何集合X,存在X的所有元素的并集Y=∪X.这条公理可以形式化为:

∀X∃Y∀u(u∈Y∃z(z∈X∧u∈z)).

利用这条公理可以定义集合的并运算,例如,X∪Y=∪{X,Y},X∪Y∪Z=(X∪Y)∪Z.{a,b,c}={a,b}∪{c}等.也可以定义集合的包含关系:

X⊆Y∪{X,Y}=Y.

由于X⊆X∪Y,Y⊆X∪Y,所以,从并集公理可以得出包含公理:对任意两集X与Y,存在同时以X,Y为子集的集合。

幂集公理

幂集公理(axiom of power set)是集合论的一条重要公理,由策梅洛(E.F.F.Zermelo)于1908年首先提出,该公理断言:对任何集合X,存在它的所有子集组成的集合(幂集)Y=P(X).这条公理可以形式化为∀X∃Y∀u(u∈Y↔∀v(v∈u→v∈X)).如果把∀v(v∈u→v∈X)记为u⊆X,表示u是X的子集,公理又可形式化为:∀X∃Y∀u(u∈Y↔u⊆X),从幂集公理得,X∈P(X)且¬(P(X)X),并可以定义集合论中一系列重要的概念,例如,集合的笛卡儿积二元关系、二元关系的定义域、值域、域、n元关系、对应、映射、映射的限制、映射的扩张、运算、集上等价关系等.因为这些概念都有一个根本的出发点:对任何二集合X与Y,X×Y⊆P(P(X∪Y)),即X×Y是集合。

替换公理

替换公理(axiom of replacement)亦称置换公理,是集合论的一条重要公理,替换公理由弗伦克尔(A.A.Fraenkel)于1922年首先提出,该公理断言:对任何集合论公式A(u,v)有

∀u∃v∀w(A(u,v)∧A(u,w)→v=w)→

∀X∃Y∀v(v∈Y↔(∃u∈X)A(u,v)).

这条公理指出,对于任何集合X与任何公式A(u,v)确定的映射f,映射的象f(X)是一个确定的集合,由于公式A(u,v)有无穷多个,每个具体的公式都确定一条公理,因此,弗伦克尔的公理实质上是一个公理模式,它包含了无穷多条公理。替换公理的引入,解决了某些ZF集合论其他公理不能解决的问题。有了这条公理,可以推得某种非常大的特殊集合,但是如果去掉无穷公理,由替换公理推不出无穷集的存在性.在ZF中,子集公理与空集公理可直接由替换公理推出.由替换公理与幂集公理可导出配对公理。

替换公理有下列各种等价形式:

1.若F是一个映射,则对任何集合A,F(A)是一个集合。

2.若F是一个映射,且定义域dom(F)是集合,则值域ran(F)也是集合。

3.若F是一个映射,则∀A∃f(F|A=f),下面的P1,P2,…,Pn是参变元。

4.对任何集合论公式φ(x,y,P1,P2,…,Pn)有∀x∃y∀z(φ(x,y,P1,P2,…,Pn)∧φ(x,z,P1,P2,…,Pn)→y=z)→∀X∃Y∀y(y∈Y↔(∃x∈X)φ(x,y,P1,P2,…,Pn))。

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