Von Neumann-Bernays-Gödel axiómarendszer

A Neumann-Bernays-Gödel axiómarendszer ( NBG , Gödel-Bernays axiomatika ) a metamatematikában  az egyik fő axiomatikus halmazelmélet . Ez a rendszer a kanonikus Zermelo-Fraenkel elmélet kiterjesztése a választási axiómával ( ZFC ). A ZFC elmélet nyelvén megfogalmazott mondatok akkor és csak akkor bizonyíthatóak a ZFC-ben, ha az NBG-ben bizonyíthatóak.

Az NBG elmélet ezenkívül magában foglalja a saját osztályának fogalmát is  - egy objektum, amelynek vannak elemei, de amely maga nem lehet tagja egyetlen objektumnak sem. Az NBG csak olyan fogalommeghatározásokat tartalmaz, amelyek nem utalnak a meghatározandó fogalomra; a képletekben a kötött változók értékeit csak beállíthatjuk. Ennek az elvnek a kizárása (a definíciókban definiált fogalomra való hivatkozások hiánya) az NBG rendszert Morse-Kelly rendszerré (MK) változtatja. Az NBG, ellentétben a ZFC-vel és az MK-val, véges axiomatizálható (véges számú axiómával).

Fogalomrendszer

Az NBG alapvető eleme a sajátosztályok és halmazok megkülönböztetése . Legyenek és  tárgyak. Ekkor egy egyszerű propozíciót definiálunk, ha  halmaz és  osztály; más szóval, akkor van meghatározva, ha nem saját osztálya. Az osztályok nagyon nagyok lehetnek, az NBG-nek még egy osztálya is van minden halmazból, egy általános osztály, amelyet . Az NBG-ben azonban lehetetlen, hogy minden osztályból legyen egy osztály (hiszen egy megfelelő osztály nem lehet egy osztály tagja), vagy egy halmaz halmaza (léte ellentmond az axiómarendszernek ).

Az NBG axiómák rendszerében minden olyan objektum, amely megfelel az NBG elsőrendű logika összes adott formulájának, egy osztályt alkot. Ha egy osztály nem tudja kielégíteni a ZFC axiómarendszert, akkor az a saját osztálya . Az osztályok fejlődése a naiv halmazelmélet fejlődését tükrözi. Adott az absztrakció elve, ami azt jelenti, hogy minden objektumból osztályok képezhetők, amelyek az elsőrendű logika összes mondatát kielégítik; sőt az egyszerű mondatok tartalmazhatnak tagsági relációt vagy ezt a relációt használó predikátumokat. Az egyenlőség, az elempár képzésének művelete, az alosztályok és más hasonló fogalmak meghatározottak, és nem igényelnek axiomatizálást - definícióik a képlet konkrét absztrakcióját jelentik. A halmazokat a ZF-hez közeli metódus írja le. A Define (a halmaz az osztályt jelöli ) egy bináris reláció , amelyet így definiálunk

Ez azt jelenti, hogy azt jelenti, hogy minden elem tartozik -e , és fordítva. Azokat az osztályokat, amelyeknek nincs reprezentatív halmaza, megfelelő osztályoknak nevezzük [1] . Példa a megfelelő osztályra az összes olyan halmaz osztálya, amely nem tartalmazza önmagát (egy osztály, amely Russell paradoxonjára hivatkozik ).

Történelem

Az NBG első változata nem halmazokat, hanem függvényeket tartalmazott alapfogalmakként (von Neumann, 1920-as évek). Paul Bernays 1937 és 1954 között publikált cikkeinek sorozatában módosította von Neumann elméletét, hogy halmazokat és a tagsági viszonyokat alapfogalmakká alakítsa; azt is megállapította, hogy ez az elmélet véges számú axiómával axiomatizálható. Gödel (1940), miközben a kontinuumhipotézis függetlenségét vizsgálta , leegyszerűsítette és felhasználta az elméletet. Montagu megmutatta, hogy a ZFC-t nem lehet végleg axiomatizálni.

Az NBG axiomatizálása

A következőkben a kisbetűs változók halmazokat, a nagybetűs változók pedig osztályokat jelölnek. Tehát ez azt jelenti, hogy a halmaz a halmazhoz tartozik (egy eleme a halmaznak ); a azt jelenti, hogy a halmaz az osztály tagja . A , , kifejezések ezt jelentik (itt az egyszerűség kedvéért nem leszünk teljesen szigorúak). Formális rendszer leírásánál használhatunk egy típusú szimbólumokat, és a halmazok olyan osztályok lennének, amelyek legalább egy másik osztály tagjai.

Először is megszerkesztjük az NBG axiómarendszert az osztálygenerációs axióma séma segítségével (a séma az axióma végtelen halmazának felel meg). Ez a séma 9 axiómának felel meg [2] . Így ez a 9 axióma helyettesítheti az osztálygenerálási sémát. Így az NBG véges axiomatizálható.

Az axiómarendszer, beleértve az osztálygenerálási sémát

A következő 5 axióma megegyezik a megfelelő ZFC axiómákkal

A következő axiómák elsősorban az osztályok tulajdonságait írják le (és ezért nagybetűket is tartalmaznak). Közülük az első kettő csak annyiban különbözik a ZFC-től, hogy a kisbetűket nagybetűkre cserélik.

Az utolsó két axióma az NBG jellemzője.

Az alosztálygenerációs axióma séma az egyetlen séma az NBG-ben. Az alábbiakban bemutatjuk, hogyan helyettesíthető ez a séma számos speciális esettel, aminek következtében az NBG véges axiomatizálhatóvá válik. Ha egy képletben a kötött változók átívelhetnek osztályokat (és nem csak halmazokat), akkor megkapjuk a Morse-Kelly halmazelméletet, a ZFC megfelelő kiterjesztését, amelyet nem lehet véges axiomatizálni.

Az alosztálygenerálási séma cseréje számos speciális esettel

Az NBG vonzó és kissé rejtélyes tulajdonsága, hogy az alosztályozási séma több speciális esetet leíró axiómával helyettesíthető. A következő axiómák teljesen helyettesíthetik az alosztálygenerálási sémát. Az alábbiakban közölt axiomatizációs módszer nem feltétlenül esik egybe a nyomtatott forrásokban [5] találhatóval .

Axiomatizációnkat a képletek szerkezetének leírásával írjuk le. Először is rendelkeznünk kell egy kezdeti osztálykészlettel.

Ezután leírjuk azt a módszert, amellyel a propozíciós logika kifejezéseit alkotjuk. Hagyjuk és . Aztán , . Mivel a műveletek és a propozíciós logika bármilyen kifejezését felírhatjuk, elegendő az osztályok összeadását és metszetét meghatároznunk.

Most elkezdünk haladni a kvantorok képletekben való szerepeltetése felé. Több változó használatához képesnek kell lennie a kapcsolatok leírására. Definiáljunk egy rendezett párt , és szokás szerint: . Ezután rendezett párok segítségével írjuk le az axiómákat:

Ezek az axiómák lehetővé teszik álargumentumok hozzáadását, valamint az argumentumok sorrendjének megváltoztatását bármilyen aritású relációban . Az asszociativitás egy speciális formáját kifejezetten arra tervezték, hogy bármilyen kifejezést a listából a lista elejére mozgathasson (természetesen permutációkkal is). Az argumentumok listáját a következőképpen ábrázoljuk ( vagyis fej (első argumentum) és farok (egyéb argumentumok) párjaként). Az ötlet az, hogy addig alkalmazzuk, amíg a minket érdeklő érv a második lesz, majd alkalmazzuk a vagy , majd alkalmazzuk a használatáig .

Ezután a következő állításkészletet szeretnénk axiomatizálni: ha  egy osztály egy reláció, akkor a tartománya  egy osztály.

Így megkaptuk az egzisztenciális kvantort; az univerzális kvantort az egzisztenciális kvantor és a tagadás révén kaphatjuk meg. A fenti axiómák lehetővé teszik, hogy egy argumentumot az argumentumlista elejére helyezzünk, hogy kvantort alkalmazhassunk rá.

Végül minden egyszerű képlet magában foglalja a következő relációk létezését az osztályokon:

Az átlós osztály az argumentumok átrendezésének és álargumentumok hozzáadásának lehetőségével együtt lehetővé teszi, hogy ugyanazokat az argumentumokat relációkba helyettesítse.

Mendelssohn változata

Mendelssohn B1-B7 axiómáit az osztályok létezésének axiómáiként említi. Ezek közül négy egybeesik a fentiekkel: B1 - hozzátartozó; B2 - kereszteződés; B3 - összeadás; B5 - szorzás. B4 - a tartományt a tartomány létezésének formájában adjuk meg (a létezési kvantor y , nem y ). Az utolsó két axióma a következő:

A B6 és B7 lehetővé teszi, hogy azt tegyük, amit esetünkben a permutációs és asszociativitási axiómák segítségével tettünk. Minden hármasokat tartalmazó osztályhoz van egy másik osztály, amely ugyanazokat a hármasokat tartalmazza, amelyben az elemek ugyanúgy permutáltak.

Beszélgetések

Az NBG által felvetett filozófiai és ontológiai kérdésekről, különösen a ZFC-vel és az MK-val való különbségekkel kapcsolatban, lásd Potter (2004) C. függelékét.

Annak ellenére, hogy az NBG a ZFC kiterjesztése, egyes tételek egyszerűbben és elegánsabban bizonyíthatók az NBG-ben, mint a ZFC-ben (vagy fordítva). Az ezen a területen ismert eredmények áttekintését lásd Pudlak (1998).

Modellelmélet

A ZFC, MK, NBG egy modellt használ (standard modell a ZFC-ben és univerzum az NBG-ben). Most legyen benne egy elérhetetlen kardinális szám . Jelöljük ki a meghatározott részhalmazokat . Akkor

Kategóriaelmélet

Az NBG fogalomrendszer lehetővé teszi, hogy nagy tárgyakról beszéljünk anélkül, hogy fennállna annak a veszélye, hogy paradoxonba botlunk. A kategóriaelmélet számos értelmezésében a nagy kategória olyan kategóriát jelent, ahol az objektumok halmaza saját osztálya, akárcsak a morfizmusok halmaza. A kis kategóriák viszont olyan kategóriák, ahol az objektumok és a morfizmusok halmazai halmazok. Ezért a paradoxonok kockázata nélkül beszélhetünk az összes halmaz kategóriájáról vagy az összes kis kategória kategóriájáról. Ezek a kategóriák természetesen nagyok. De nem lehet minden kategória kategóriájáról beszélni, hiszen annak minden kis kategória kategóriáját is tartalmaznia kellene. A fogalomrendszereknek azonban vannak más kiterjesztései is, amelyek lehetővé teszik, hogy az összes kategória halmazáról kategóriaként beszéljünk (lásd Adámek et al. (1990) az összes kategória kvázi kategóriáját).

Az osztályokat és halmazokat tartalmazó fogalomrendszer elegendő a kategóriaelmélet igazolására (Muller, 2001).

Jegyzetek

  1. angol kifejezés .  A megfelelő osztályt megfelelő osztálynak fordítják S. McLane "Categories for the Working Mathematician" című lefordított könyve szerint.
  2. Mendelson (1997), p. A 232. 4.4. állítás bizonyítja, hogy az osztálygenerálási séma ekvivalens a 12. oldalon leírt B1-B7 axiómákkal. 230.
  3. Mendelson (1997), p. 239, pl. 4.22(b).
  4. Mendelson (1997), p. 239, R. axióma.
  5. Ez a cikk az angol Wikipédiából készült fordítás.

Irodalom

Linkek