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불 臺數

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順序論 抽象代數學 , 論理學 에서 불 臺數 (Boole代數, 英語 : Boolean algebra )는 苦戰 命題 論理 의 命題의 格子 와 같은 性質을 갖는 格子이다. 卽, 論理的 公理들을 만족시키는 論理合 論理곱 否定 의 演算이 定義된 臺數 救助 이다.

正義 [ 編輯 ]

불 臺數의 槪念은 다양하게 定義할 수 있으며, 이 定義들은 서로 同治 이다.

直交 餘원 格子를 통한 正義 [ 編輯 ]

直交 餘원 格子 에 對하여 다음 條件들이 서로 同治 이며, 이를 만족시키는 直交 餘원 格子 불 臺數 라고 한다.

  • 分配 格子 이다.
  • 任意의 元素 에 對하여, 이며 가 唯一하게 存在한다. (이는 勿論 이다.)
  • (엘칸 法則 英語 : Elkan’s law ) 任意의 에 對하여, [1]
  • 直交모듈러 格子 이며, 任意의 元素 에 對하여, 다음 세 條件들을 만족시키는 函數 가 存在한다. [2]
    • 任意의 에 對하여,
    • 任意의 에 對하여, 라면

불 臺數의 蠢動型 은 餘원과 을 保存시키는 格子 蠢動型이다. 불 臺數의 定義는 代數的이므로, 불 臺數의 모임 臺數 救助 多樣體 를 이룬다.

유계 格子를 통한 正義 [ 編輯 ]

유계 格子 에 對하여 다음 條件들이 서로 同治 이며, 이를 만족시키는 格子 불 臺數 라고 한다.

  • 모듈러 格子 이며, 任意의 에 對하여, 利子 人 元素 가 唯一하게 存在한다. [3]
  • 分配 格子 이며, 任意의 에 對하여, 利子 人 元素 가 적어도 하나 以上 存在한다.
  • 任意의 에 對하여, 利子 人 元素 가 唯一하게 存在하며, 또한 가 存在한다. [4]

여기서 部分 順序 集合 極小 元素 들의 集合이다.

헤이팅 臺數를 통한 正義 [ 編輯 ]

헤이팅 臺數 에 對하여,

를 定義하자. 그렇다면 다음 條件들이 서로 同治 이며, 이를 만족시키는 헤이팅 臺數 불 臺數 라고 한다.

  • ( 大蛤 ) 大蛤 이다. 卽, 任意의 에 對하여, 이다.
  • ( 排中律 ) 모든 元素 에 對하여, 이다.

이 境遇, 直交 餘원 格子 를 이룬다.

환論的 定義 [ 編輯 ]

(單位元을 갖는) 에 對하여 다음 두 條件이 서로 同治 이며, 이를 만족시키는 불 臺數 라고 한다.

  • 모든 元素가 멱登院 이다. 卽, 모든 에 對하여, 이다. [5] :39, Definition 1
  • 柔한체 直接곱 部分環 과 同型이다 ( 는 任意의 期數 ).

特히, 者名宦 은 불 臺數이다. (둘째 正義에서 이는 에 該當한다.)

불 臺數 蠢動型 銀 두 불 臺數 사이의 換 蠢動型 이다.

位相數學的 定義 [ 編輯 ]

스톤 空間 ( 英語 : Stone space )은 콤팩트 完全 分離 하우스도르프 空間 이다. [6] 스톤 空間과 連續 函數 의 範疇를 이라고 쓰자.

스톤 空間의 열린닫힌集合 들의 族은 유계 格子 를 이룬다. 스톤 空間의 열린닫힌集合 들의 族과 同型인 유계 格子 불 臺數 라고 한다.

열린닫힌集合 連續 函數 아래의 原狀 열린닫힌集合 이다. 따라서, 두 불 臺數 , 에 對應하는 스톤 空間 , 가 주어졌을 때, 連續 函數 는 函數

를 誘導한다. 두 불 臺數 사이의 불 臺數 蠢動型 은 이와 같이 스톤 空間 사이의 連續 函數 로 誘導될 수 있는 函數이다.

이에 따라, 다음과 같은 範疇의 童穉 가 存在한다.

이 定義가 불 臺數의 다른 定義들과 同治 라는 事實은 스톤 表現 整理 ( 英語 : Stone representability theorem )라고 한다.

特히, 이 定義는 환論的 正義와 다음과 같은 關係를 갖는다. 모든 可換環 에 對하여, 스펙트럼 이라는 位相 空間 을 對應시킬 수 있으며, 이는 可換環 의 範疇 反對 範疇 에서 位相 空間의 範疇 로 가는 함자

를 定義한다. 萬若 이 可換環 이 불 代數를 이룬다면 그 스펙트럼은 스톤 空間을 이룸을 보일 수 있으며, 이는 열린닫힌集合 族 함자의 역함者이다. 卽, 다음과 같은 두 銜字가 存在하며, 이는 範疇의 童穉 를 이룬다.

불 臺數의 스펙트럼은 다음과 같이 直接的으로 描寫할 수 있다. 불 臺數의 極大 아이디얼 은 極大 順序 아이디얼 과 一致하며, 불 臺數의 雙大成에 따라 이는 極大 필터 와 一對一 對應한다. 따라서, 가 두 個의 元素의 불 臺數라면, 極大 필터들의 集合은 이다. 이 위에 다음과 같은 基底 로 生成되는 位相을 附與하면, 스톤 空間을 이룬다.

이는 離散 位相 을 附與하고, 冪集合 곱位相 을 附與한 뒤, 部分 空間 位相을 附與한 것과 같다.

範疇論的 定義 [ 編輯 ]

모든 願順序 集合 작은 얇은 範疇 로 看做할 수 있다. 이 境遇, 部分 順序 集合 은 서로 同型인 두 對象이 恒常 같은 願順序 集合 이며, 헤이팅 臺數 有限 完備 範疇 利子 有限 雙대 完備 範疇 利子 데카르트 닫힌 範疇 部分 順序 集合 이다.

불 臺數 는 다음 條件을 만족시키는 작은 얇은 範疇 이다. [7]

여기서 範疇論的 곱 이며, 雙대곱 이며, 始作 對象 이며, 指數 對象 이다.

서로 다른 定義들의 比較 [ 編輯 ]

불 臺數의 서로 다른 定義들은 다음과 같이 對應된다.

解釋 可換環 格子 直交 餘원 格子 헤이팅 臺數 스톤 空間 의 部分 集合 範疇論的 定義
論理곱 만남 交集合
排他的 論理合 , 라면,
論理合 이음 合集合 雙대곱
거짓 덧셈 恒等元 最小 元素 空集合 始作 對象
곱셈 恒等元 最大 元素 全體 集合 끝 對象
否定 , 人 唯一한 直交 餘원 餘集合 指數 對象
含意 , 라면, 指數 對象

性質 [ 編輯 ]

順序論的 性質 [ 編輯 ]

다음과 같은 함의 關係가 成立한다.

完備 格子 ? 完備 헤이팅 臺數 ? 完備 불 臺數
?
? ? 시그마 臺數
?
願順序 集合 ? 部分 順序 集合 ? 유계 格子 ? 헤이팅 臺數 ? 불 臺數

불 代數를 可換環 으로 여겼을 때, 그 아이디얼 順序 아이디얼 과 一致한다.

환論的 性質 [ 編輯 ]

다음과 같은 함의 關係가 成立한다.

可換環 ? 可換 軸召喚 ? 可換 反원시환 ? 可換 폰 노이만 정칙환 ? 불 臺數

任意의 불 臺數 可換環 이고 票數 가 2이며 (卽 모든 元素는 自身의 덧셈 逆元이다) 따라서 柔한체 위의 結合 臺數 이다. [5] :39?40, Theorem 1

證明:

街歡聲 : 任意의 에 對하여 이다.

票數 2 : 위에서 이라면 이다.

(그러나 그 驛은 成立하지 않는다. 例를 들어, 多項式環 이므로 불 대수가 아니다.)

아이디얼 [ 編輯 ]

불 臺數의 任意의 몫환 은 불 臺數이다. 불 臺數의 任意의 部分環 은 불 臺數이다.

불 臺數의 스펙트럼 은 스톤 空間이다. 特히, 불 臺數의 모든 소 아이디얼 極大 아이디얼 이다. 불 臺數 의 任意의 極大 아이디얼 에 對한 몫환 은 크기 2의 柔한체 이다.

불 臺數는 폰 노이만 정칙환 이며, 따라서 그 위의 모든 家君 平坦 家君 이다.

불 臺數의 모든 有限 生成 아이디얼 週 아이디얼 이다. 具體的으로

이다.

範疇論的 性質 [ 編輯 ]

불 臺數의 모임은 臺數 救助 多樣體 를 이루며, 따라서 그 範疇는 完備 範疇 利子 雙대 完備 範疇 이며 自由 對象 을 갖는다.

[ 編輯 ]

冪集合 [ 編輯 ]

크기가 16=2 2 2 人 불 臺數. 이는 두 個의 生成院으로 生成되는 自由 불 臺數이다.

任意의 集合 冪集合 은 크기가 人 불 代數를 이룬다. 反對로, 모든 有限 불 臺數는 어떤 有限 集合의 冪集合의 불 代數와 同型 이다. 特히, 空集合의 冪集合 은 가장 작은 불 臺數이며, 또한 人 唯一한 불 臺數이다.

集合 에 對하여, 冪集合 에 對應하는 스톤 空間은 스톤-체흐 콤팩트火 이다.

冪集合과 동형이 아닌 無限 불 臺數 또한 存在한다. 例를 들어, 集合 期數 가 주어졌을 때,

로 定義하자. 萬若 이거나 이라면, 이는 둘 다 불 代數를 이룬다. 例를 들어, 일 境遇, 는 크기가 人 불 臺數이며, 따라서 冪集合 과 同型일 수 없다.

自由 불 臺數 [ 編輯 ]

불 臺數는 臺數 救助 多樣體 를 이루므로, 任意의 生成院의 集合에 對應하는 自由 불 代數가 存在한다.

스톤 表現 整理에 따라서, 任意의 旗手 에 對하여, 個의 生成院으로부터 生成되는 自由 불 代數에 對應하는 스톤 空間은

이다. 여기서 은 2個의 點을 가진 離散 空間 이며, 에는 곱 位相 乙 준다. 이 境遇, 番째 生成院은 튜플 番째 成分이 1人 모든 元素들로 構成된 열린닫힌集合 에 對應한다.

萬若 가 踰限할 境遇, 自由 불 臺數의 크기는 이며, 萬若 가 無限할 境遇 自由 불 臺數의 크기는 이다.

思惟한군 [ 編輯 ]

스톤 空間을 이루는 位相群 思惟한군 이라고 한다.

應用 [ 編輯 ]

論理學 [ 編輯 ]

論理學에서, 불 臺數는 苦戰 命題 論理 模型 을 提供한다. 萬若 苦戰 命題 論理를 直觀 論理 로 약화시키면, 불 臺數 代身 헤이팅 臺數 를 使用하여야 한다.

컴퓨터 科學 [ 編輯 ]

불 臺數는 디지털 回로 設計에 應用된다. 디지털 回路는 電壓 의 H(High), L(Low)만으로 情報를 演算하기 때문에, 基本的으로 組合 回로 는 불 代數에 있는 論理式 을 써서 나타낼 수 있다. (하지만, 플립플롭 順次 回로 는 單純하게 하나의 論理式으로 나타낼 수 없다.) 높은 電壓(H)를 1로, 낮은 電壓(L)을 0으로 하는 論理 形式을 情論理, 낮은 電壓 (L)을 1로, 높은 電壓(H)를 0으로 하는 論理 形式을 負論理라고 한다.

歷史 [ 編輯 ]

불 臺數의 槪念은 1847年에 조지 불 이 論理學을 形式化하기 위하여 導入하였다. [8] [9] 以後 불은 1854年의 著書에서 이 槪念을 追加로 說明하였다. [10] 불은 論理곱 排他的 論理合 을 기초적 演算으로 삼았는데, 이는 오늘날에 불 代數를 可換環 의 一種으로 여기는 것과 같다.

以後 윌리엄 스탠리 제번스( 英語 : William Stanley Jevons , 1835~1882) · 찰스 샌더스 퍼스 (1839~1914) · 에른스트 슈뢰더( 獨逸語 : Ernst Schroder , 1841~1902) 等이 불의 論理 臺數의 硏究를 繼續하였다. 제번스는 1864年의 著書에서 불이 使用한 排他的 論理合 代身 (排他的이지 않은) 論理合 을 最初로 使用하였다. [11] 이 冊에서 제번스는 다음과 같이 적었다.

불 敎授는 ‘+’ 記號를 使用하여 項들을 結合시킬 때, 이들이 서로 論理的으로 反對되는 것이라는 것을 假定합니다. 卽, 이들은 같은 對象에 矛盾 없이 適用되거나 結合될 수 없습니다. […] 이에 對하여 나는 異議를 提起합니다. 日常的인 接續詞의 用例에서는 서로 排他的이지 않은 項들을 結合시킬 수 있습니다. […] 例를 들어, "貴族은 工作 이거나 侯爵 이거나 伯爵 이거나 自作 이거나 男爵 이다."라는 命題를 불 敎授의 記號로 나타낸다면, 貴族이 工作이자 同時에 侯爵, 또는 侯爵이자 同時에 伯爵이 될 수 없습니다. 그러나 實際로는 많은 貴族들은 두 個 以上의 作爲들을 所有합니다. 例를 들어, 웨일스 공 은 콘월 工作 利子 체스터 伯爵 利子 렌프루 男爵 입니다.

Professor Boole uses the symbol + to join terms together, on the understanding that they are logical contraries, which cannot be predicated of the same thing or combined together without contradiction. […] This I altogether dispute. In the ordinary use of these conjunctions, we do not necessarily join logical contraries only; […] Take, for instance, the proposition?‘A peer is either a duke, or a marquis, or an earl, or a viscount, or a baron.’ If expressed in Professor Boole’s symbols, it would be implied that a peer cannot be at once a duke and marquis, or marquis and earl. Yet many peers do possess two or more titles, and the Prince of Wales is Duke of Cornwall, Earl of Chester, Baron Renfrew, &c.

 
[11] :76, §177?179

1913年 論文에서 美國의 헨리 모리스 셰퍼( 英語 : Henry Maurice Sheffer , 1882~1964)가 "불 臺數"( 英語 : Boolean algebra 不利言 앨지브라 [ * ] )라는 用語를 最初로 使用하였다. [12] [13] :278, 主席 이 論文에서 셰퍼는 불 臺數의 모든 演算을 否定論理곱 으로서 定義할 수 있음을 보였다.

스톤 表現 整理는 마셜 하비 스톤 이 1936年에 證明하였다. [5]

같이 보기 [ 編輯 ]

各州 [ 編輯 ]

  1. 近藤 溢血 ( こんどう みちろう ) (2006). “On orthocomplemented lattices with Elkan’s law” (PDF) . 《?理解析?究所講究?》 (英語) 1503 : 10?16.   |著者= 에 templatestyles stripmarker가 있음(위치 1) ( 도움말 )
  2. Ptak, Pavel; Pulmannova, Sylvlia (1994). “A measure-theoretic characterization of Boolean algebras among orthomodular lattices” (PDF) . 《Commentationes Mathematicae Universitatis Carolinae》 (英語) 35 (1): 205?208. ISSN   0010-2628 .  
  3. Bergmann, Gustav (1929). “Zur Axiomatic der Elementargeometrie”. 《Monatschrift fur Mathematik und Physik》 (獨逸語) 36 (1): 269-284. doi : 10.1007/BF02307616 . ISSN   0026-9255 . MR   1549684 .  
  4. Birkhoff, Garrett ; Ward, Morgan (1939年 7月). “A characterization of Boolean algebras”. 《Annals of Mathematics》 (英語) 40 (3): 609?610. Bibcode : 1939AnMat..40..609B . doi : 10.2307/1968945 . JSTOR   1968945 . MR   0000009 .  
  5. Stone, Marshall H. (1936). “The theory of representations of Boolean algebras”. 《Transactions of the American Mathematical Society》 (英語) 40 : 37?111. doi : 10.2307/1989664 . JSTOR   1989664 .  
  6. Johnstone, Peter T. (1983年 4月). 《Stone spaces》 . Cambridge Studies in Advanced Mathematics (英語) 3 . Cambridge University Press. ISBN   978-052123893-9 . MR   0698074 . Zbl   0499.54001 .  
  7. Szabo, M. E. (1974). “A categorical characterization of Boolean algebras”. 《Algebra Universalis》 (英語) 4 (1): 192?194. doi : 10.1007/BF02485724 . ISSN   0002-5240 .  
  8. Boole, George (1847). 《The mathematical analysis of logic, being an essay towards a calculus of deductive reasoning》 (英語). 케임브리지 : MacMillan, Barclay, & MacMillan.  
  9. Boole, George (1848). “The calculus of logic” . 《Cambridge and Dublin Mathematical Journal》 (英語) 3 : 183?198.  
  10. Boole, George (1954). 《An investigation of the laws of thought, on which are founded the mathematical theories of logic and probabilities》 (英語). 런던 : Walton and Maberly.  
  11. Jevons, William Stanley (1864). 《Pure logic or the logic of quality apart from quantity: with remarks on Boole’s system and on the relation of logic and mathematics》 (英語). 런던 : Edward Stanford.  
  12. Sheffer, Henry Maurice (1913). “A set of five independent postulates for Boolean algebras, with application to logical constants”. 《Transactions of the American Mathematical Society》 (英語) 14 : 481?488. doi : 10.1090/S0002-9947-1913-1500960-1 . ISSN   0002-9947 . JSTOR   1988701 . MR   1500960 .  
  13. Huntington, Edward V. (1933). “New sets of independent postulates for the algebra of logic, with special reference to Whitehead and Russell’s Principia mathematica”. 《Transactions of the American Mathematical Society》 (英語) 35 (1): 274?304. doi : 10.1090/S0002-9947-1933-1501684-X . ISSN   0002-9947 . MR   1501684 .  

外部 링크 [ 編輯 ]