Von Neumann-Bernays-Gödel -aksioomijärjestelmä

Von Neumann-Bernays-Gödel -aksioomajärjestelmä ( NBG , Gödel-Bernays aksiomatiikka ) metamatematiikassa  on yksi tärkeimmistä aksiomaattisista joukkoteorioista . Tämä järjestelmä on jatkoa kanoniselle Zermelo-Fraenkelin teorialle valinnan aksioomalla ( ZFC ). ZFC-teorian kielellä formuloidut lauseet ovat todistettavissa ZFC:ssä silloin ja vain, jos ne ovat todistettavissa NBG:ssä.

NBG-teoria sisältää lisäksi oman luokkansa käsitteen  - objektin, jolla on elementtejä, mutta joka itse ei voi olla minkään objektin jäsen. NBG sisältää vain käsitteen määritelmät, jotka eivät viittaa määriteltävään käsitteeseen; sidottujen muuttujien arvot kaavoissa voidaan vain asettaa. Tämän periaatteen poissulkeminen (määritelmissä määriteltävän käsitteen puuttuminen) muuttaa NBG -järjestelmän Morse-Kelly-järjestelmäksi (MK). NBG, toisin kuin ZFC ja MK, voidaan aksiomatisoida äärellisesti (ääreisellä määrällä aksioomeja).

Käsitejärjestelmä

NBG:n perustana on ominaisluokkien ja joukkojen välinen ero . Antaa ja  olla esineitä. Sitten määritellään yksinkertainen lause , jos  on joukko ja  on luokka; toisin sanoen se määritellään, jos se ei ole oma luokkansa. Luokat voivat olla hyvin suuria, NBG:llä on jopa kaikkien sarjojen luokka, yleinen luokka nimeltä . NBG:ssä on kuitenkin mahdotonta olla kaikkien luokkien luokka (koska oikea luokka ei voi olla luokan jäsen) tai kaikkien joukkojen joukko (sen olemassaolo on ristiriidassa aksioomajärjestelmän kanssa ).

NBG-aksioomajärjestelmässä kaikki objektit, jotka täyttävät kaikki NBG: n ensimmäisen asteen logiikan annetut kaavat, muodostavat luokan. Jos luokka ei voi täyttää ZFC-aksioomajärjestelmää, se on oma luokkansa . Luokkien kehitys heijastaa naiivin joukkoteorian kehitystä. Abstraktioperiaate on annettu, mikä tarkoittaa, että kaikista objekteista voidaan muodostaa luokkia, jotka täyttävät kaikki ensimmäisen asteen logiikan lauseet; lisäksi yksinkertaiset lauseet voivat sisältää jäsensuhteen tai tätä relaatiota käyttäviä predikaatteja. Tasa-arvo, elementiparin muodostamisoperaatio, alaluokat ja muut vastaavat käsitteet on määritelty eivätkä vaadi aksiomatisointia - niiden määritelmät tarkoittavat kaavan konkreettista abstraktiota. Sarjat kuvataan menetelmällä, joka on lähellä ZF:ää. Define (joukko edustaa luokkaa ) on binäärirelaatio , joka määritellään muodossa

Tämä tarkoittaa, että edustaa , jos kaikki elementit kuuluvat ja päinvastoin. Luokkia, joilla ei ole niitä edustavaa joukkoa, kutsutaan varsinaisiksi luokiksi [1] . Esimerkki oikeasta luokasta on kaikkien joukkojen luokka, jotka eivät sisällä itseään (luokka, joka vetoaa Russellin paradoksiin ).

Historia

NBG:n ensimmäinen versio sisälsi peruskäsitteinä funktioita, ei joukkoja (von Neumann, 1920-luku). Vuosina 1937-1954 julkaistuissa artikkeleissa Paul Bernays muokkasi von Neumannin teoriaa tehdäkseen joukkoja ja jäsensuhteen peruskäsitteitä; hän havaitsi myös, että tämä teoria voidaan aksiomatisoida äärellisellä määrällä aksioomia. Gödel (1940) yksinkertaisti ja käytti teoriaa tutkiessaan jatkumohypoteesin riippumattomuutta. Montagu osoitti, että ZFC:tä ei voida lopullisesti aksiomatisoida.

NBG:n aksiomatisointi

Seuraavassa pienet muuttujat tarkoittavat joukkoja ja isot muuttujat luokkia. Siten se tarkoittaa, että joukko kuuluu joukkoon (on joukon elementti ); a tarkoittaa, että joukko on luokan jäsen . Ilmaisut , , tarkoittavat sitä (tässä emme ole täysin tiukkoja yksinkertaisuuden vuoksi). Formaalista järjestelmää kuvattaessa voisimme käyttää yhden tyypin symboleja, ja joukot olisivat luokkia, jotka ovat vähintään yhden muun luokan jäseniä.

Ensin rakennetaan NBG-aksioomajärjestelmä käyttämällä luokan sukupolven aksioomakaaviota (kaava vastaa ääretöntä aksioomijoukkoa). Tämä kaavio vastaa 9 aksioomia [2] . Siten nämä 9 aksioomaa voivat korvata luokan generointijärjestelmän. Siten NBG on rajallisesti aksiomatisoitavissa.

Aksioomijärjestelmä, mukaan lukien luokan generointikaavio

Seuraavat 5 aksioomia ovat samat kuin vastaavat ZFC-aksioomat

Seuraavat aksioomit kuvaavat ensisijaisesti luokkien ominaisuuksia (ja siksi sisältävät isoja kirjaimia). Kaksi ensimmäistä niistä eroavat ZFC:n vastaavista vain siinä, että ne korvaavat pienet kirjaimet isoilla kirjaimilla.

Kaksi viimeistä aksioomaa ovat NBG:n tunnusmerkki.

Alaluokan sukupolven aksioomaskeema on NBG:n ainoa skeema. Alla näytämme, kuinka tämä kaavio voidaan korvata useilla erikoistapauksilla, minkä seurauksena NBG:stä tulee lopullisesti aksiomatisoitava. Jos kaavan sidotut muuttujat voivat kattaa luokkia (eikä vain joukkoja), niin saamme Morse-Kellyn joukkoteorian, ZFC:n oikean laajennuksen, jota ei voida lopullisesti aksiomatisoida.

Alaluokan sukupolven kaavion korvaaminen useilla erikoistapauksilla

NBG:n houkutteleva ja hieman mystinen piirre on se, että alaluokitusjärjestelmä voidaan korvata useilla erikoistapauksia kuvaavilla aksioomeilla. Seuraavat aksioomit voivat korvata alaluokan sukupolvijärjestelmän kokonaan. Alla esitetty aksiomatisointimenetelmä ei välttämättä ole sama kuin painetuista lähteistä löytyvä menetelmä [5] .

Kuvaamme aksiomatisointiamme kuvaamalla kaavojen rakennetta. Ensinnäkin meillä on oltava luokkien alkukanta.

Seuraavaksi kuvailemme menetelmää, jolla muodostetaan lauselogiikan lausekkeita. Anna ja . Sitten ,. _ Koska operaatioiden ja avulla on mahdollista kirjoittaa ylös mitä tahansa lauselogiikan lausekkeita, riittää, että määrittelemme luokkien yhteenlasku- ja leikkauspisteet.

Nyt aletaan siirtyä kohti kvantittoreiden sisällyttämistä kaavoihin. Jotta voit käyttää useita muuttujia, sinun on kyettävä kuvaamaan suhteita. Määritellään järjestetty pari ja kuten tavallista: . Seuraavaksi kuvaamme aksioomia järjestetyillä pareilla:

Näiden aksioomien avulla voit lisätä valeargumentteja sekä muuttaa argumenttien järjestystä minkä tahansa ariteon suhteissa . Erityinen assosiatiivisuuden muoto on suunniteltu nimenomaan mahdollistamaan minkä tahansa lausekkeen siirtäminen listasta listan alkuun (tietysti myös permutaatioita käyttäen). Esitämme argumenttiluettelon muodossa (eli pää (ensimmäinen argumentti) ja hännän parina (muut argumentit)). Ajatuksena on soveltaa, kunnes meitä kiinnostavasta argumentista tulee toinen, sitten soveltaa tai ja sitten soveltaa, kunnes käytetään .

Seuraavaksi haluamme aksiomatisoida seuraavan lausejoukon: jos  on luokka, joka on relaatio, niin sen alue  on luokka.

Siten olemme saaneet eksistentiaalisen kvantorin; universaali kvantori voidaan saada eksistentiaalisen kvantorin ja negationin kautta. Yllä olevat aksioomit antavat meille mahdollisuuden siirtää argumentin argumenttiluettelon etupuolelle, jotta voimme soveltaa siihen kvantoijaa.

Lopuksi jokainen yksinkertainen kaava edellyttää seuraavien suhteiden olemassaoloa luokissa:

Diagonaaliluokka sekä mahdollisuus järjestää argumentteja uudelleen ja lisätä valeargumentteja mahdollistavat samojen argumenttien korvaamisen suhteiksi.

Variant of Mendelssohn

Mendelssohn viittaa aksioomiinsa B1 - B7 luokkien olemassaolon aksioomeina. Neljä niistä on yhtäpitävää edellä mainittujen kanssa: B1 - kuuluminen; B2 - risteys; B3 - lisäys; B5 - kertolasku. B4 - alue on annettu toimialueen olemassaolon muodossa (olemassaolotunnistin on y , ei y ). Kaksi viimeistä aksioomia ovat:

B6 ja B7 antavat meille mahdollisuuden tehdä sen, mitä meidän tapauksessamme tehtiin käyttämällä permutaatio- ja assosiatiivisuusaksioomia. Jokaiselle kolmiot sisältävälle luokalle on toinen luokka, joka sisältää samat kolmiot, jossa elementit permutoidaan samalla tavalla.

Keskustelut

NBG:n esiin nostamia filosofisia ja ontologisia kysymyksiä käsitellään erityisesti ZFC:n ja MK:n erojen suhteen, katso Potterin (2004) Liite C.

Vaikka NBG on ZFC:n jatke, jotkut lauseet voidaan todistaa yksinkertaisemmin ja tyylikkäämmin NBG:ssä kuin ZFC:ssä (tai päinvastoin). Katso Pudlak (1998) tunnetuista tuloksista tällä alalla.

Malliteoria

ZFC:llä, MK:lla ja NBG:llä on malli, joka on määritelty käyttämällä (standardimalli ZFC:ssä ja universumi NBG:ssä). Sisällytetään nyt tavoittamaton kardinaaliluku . Nimetään määritellyt osajoukot . Sitten

Luokkateoria

NBG-käsitejärjestelmä antaa meille mahdollisuuden puhua suurista esineistä ilman riskiä törmätä paradoksiin. Erityisesti monissa kategoriateorian tulkinnoissa suuri luokka tarkoittaa luokkaa, jossa objektijoukko on oma luokkansa, aivan kuten joukko morfismeja. Pienet luokat taas ovat luokkia, joissa objektijoukot ja morfismit ovat joukkoja. Siksi ilman paradoksien riskiä voimme puhua kaikkien joukkojen kategoriasta tai kaikkien pienten kategorioiden kategoriasta. Nämä kategoriat ovat tietysti suuria. Mutta ei voida puhua kaikkien luokkien kategoriasta, koska sen pitäisi sisältää kaikkien pienten kategorioiden luokka. On kuitenkin olemassa muita käsitejärjestelmien laajennuksia, joiden avulla voidaan puhua kaikkien kategorioiden joukosta kategoriana (katso kaikkien kategorioiden kvasikategoria julkaisussa Adámek et al. (1990)).

Luokkien ja joukkojen käsitejärjestelmä riittää perustelemaan kategoriateorian (Muller, 2001).

Muistiinpanot

  1. Englanninkielinen termi .  oikea luokka on käännetty oikeaksi luokaksi S. McLanen käännetyn kirjan "Categories for the Working Mathematician" mukaan.
  2. Mendelson (1997), s. 232, Väite 4.4 todistaa, että luokan generointikaavio vastaa sivulla s. kuvattuja aksioomia B1-B7. 230.
  3. Mendelson (1997), s. 239, esim. 4.22(b).
  4. Mendelson (1997), s. 239, aksiooma R.
  5. Tämä artikkeli on käännös englanninkielisestä Wikipediasta.

Kirjallisuus

Linkit