數學
에서,
選擇 公理를 追加한 체르멜로-프렝켈 集合論
(選擇公理를追加한Zermelo-Fraenkel集合論,
英語
:
Zermelo?Fraenkel set theory with the axiom of choice
, 弱者 ZFC)은
功利的 集合論
의 하나이다. 現代 數學의 標準的인
數學基礎論
으로 使用된다.
正義
[
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]
選擇 公理를 追加한 체르멜로-프렝켈 集合論
은
1次 論理
를 基盤으로 하는 1次
集合論
이며, 等號 밖에 하나의
이항 關係
만을 가진다.
論議 領域
은
集合
들이다 (集合은 公理를 통해 描寫되기만 할 뿐 直接的으로 正義되지는 않는다). 이항 關係
는 "
가
의
元素
"라고 읽는다.
는 各各
를 줄여 쓴 것이다.
選擇 公理를 追加한 체르멜로-프렝켈 集合論의 公理系는 다음과 같은 公理 7個 및 公理꼴 2個로 定義된다. 이들은 通常的인
1次
述語 論理
公理들에 追加로 假定한 것이다.
체르멜로-프렝켈 公理系
(ZF)는 ZFC에서
選擇 公理
를 除外한 것이며,
체르멜로 公理系
(Z)는 ZFC에서 選擇 · 正則性 · 置換 公理(꼴)를 除外한 것이다.
集合의 基本 性質
[
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]
擴張公理와 正則性 공리는 ZFC에서 쓰이는, 集合의 基本的인 性質들을 나타낸다. 卽, 集合은 順序 및 다른 追加 性質을 갖지 않는 構造이며 (擴張性), 스스로를 包含하거나 其他 再歸的인 包含 關係를 가지지 못한다 (正則性).
- 擴張 公理
(
英語
:
axiom of extensionality
) 或은
外延 公理
: 包含하는 元素가 全部 같은 두 集合은 서로 同一하다. 卽, 이는 事實上 集合의 同一함이 무엇인지를 定義한다. 擴張 공리의 驛은 서로 같은 集合이 包含하는 元素가 같다는 命題이며, 이는 이미 1次 論理의 공리이다.
- 正則性 公理
(
英語
:
axiom of regularity
) 或은
基礎 公理
(
英語
:
axiom of foundation
):
空集合
이 아닌 모든 集合은 自身과
서로素
人 元素를 包含한다. 이에 따라, 스스로를 元素로 包含하는 集合이나, 스스로를 元素의 元素로 包含하는 集合 等은 存在할 수 없다. 事實, 正則性 公理를 假定하면 이는 모든 모임 위에서도 成立하게 된다 (
正初 關係#正初 모임
參考).
集合의 構成
[
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]
分類·置換 公理꼴과 짝·合集合·冪集合 公理들은 주어진 集合으로부터 새로운 集合을 構成하는 方法들을 定義한다. 卽, 이미 構成된 集合들로부터, 이들의
順序雙
·
合集合
·
冪集合
을 定義할 수 있으며, 또한 이미 構成된 集合에 주어진 性質을 만족시키는 部分集合을 取하거나 (分類 公理꼴),
函數
에 對한
上
을 取할 수 있다 (置換 公理꼴).
- 分類 公理꼴
(
英語
:
axiom schema of specification
):
가 集合이고
가 그 元素들이 滿足할 수 있는 性質일 때, 이를 滿足하는 것들로 이루어진
의 部分 集合이 存在한다. 여기에서 元素의 範圍를 集合
로 制限하는 것은
러셀의 逆說
等 逆說을 避하기 위함이다. 1次 論理에서는 性質에 限定 記號를 加할 수 없으므로, 이는 낱個의 公理로 나타낼 수 없으며, 各 性質들에 對應하는 "無限 個"의 公理들로 構成된다.
또는
을 自由 變數로 가지는 (特히
를 自由 變數로 갖지 않는) 論理式
에 對하여,
- 置換 公理꼴
(
英語
:
axiom schema of replacement
): 集合을 定義域으로 갖는, 形式的으로 定義된 函數가 있을 때, 그 値域을 包含하는 集合이 存在한다. 보다 嚴密하게 敍述하면,
또는
을 自由變數로 가지는 (特히
를 自由 變數로 갖지 않는) 論理式
에 對하여,
여기에서 限定 記號
는
을 줄여 쓴 것이다. 卽, 性質
를 滿足하는
가 唯一하게 存在함을 말한다.
- 짝 公理
(
英語
:
axiom of pairing
): 任意의 두 集合에 對해, 둘 모두를 元素로서 包含하는 集合이 存在한다.
- 合集合 公理
(
英語
:
axiom of union
): 任意의 集合에 對해, 거기에 包含되는 元素들에 包含되는 元素들을 全部 包含하는 集合이 存在한다.
- 冪集合 公理
: 任意의 集合 x에 對해, x의 모든 部分集合을 元素로 갖는 集合 y가 存在한다.
여기에서
는
를 줄여 쓴 것이다.
無限 公理와 選擇 公理
[
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]
無限 公理와 選擇 공리는 ZFC 公理系에서 比較的 더 論難이 되는 公理들이다. 無限 공리는
加算 無限 集合
의 存在를 假定하며, 여기에
冪集合
을 取하여 더 큰 無限
期數
와
順序數
들을 定義할 수 있다.
選擇 公理
에 따르면, 無限한 數의 集合들에서 各各 하나의 元素를 無作爲로 고를 수 있는데, 이 때 고르는 方法은 明示되지 않으며, 一部 境遇 明示할 수 없음을 보일 수 있다.
- 無限 공리
:
空集合
을 元素로 가지며, 萬若
를 元素로 가진다면 언제나
도 元素로 가지는 集合
가 存在한다.
여기서
이며, 公理 1부터 6까지를 利用해 任意의 集合
에 對해
가 唯一하게 存在함을 證明할 수 있다.
은
空集合
으로, 위의 公理들을 利用해 萬若 集合이 하나라도 存在한다면 空集合이 唯一하게 存在함을 證明할 수 있다. 正則性 公理에 따라 恒常
이므로, 이는
를 의미한다. 이들은 各各 自然水路 定義할 수 있다.
그렇다면, 이 공리는 自然數의 集合
의 存在를 의미한다. (萬若 自然水를 다른 方法으로 定義하고 싶으면, 置換 公理꼴을 使用하여 이를 다른 定義로 飜譯할 수 있다.)
- 選擇 公理
: 空集合이 아닌 集合들의 集合
가 주어졌을 때,
의 各 元素로부터 하나씩의 元素를 고르는 函數
가 存在한다. 卽, 모든
에 對하여,
는
의 元素
를 골라낸다.
여기서
는
의 모든 元素들의
合集合
이며, 合集合 公理에 따라 存在한다.
性質
[
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]
ZFC의 論議 領域은
集合
灣을 包含하며,
固有 모임
을 包含하지 않는다.
모임
을 直接的으로 다루려면
폰 노이만-베르나이스-괴델 集合論
이나
모스-켈리 集合論
을 使用하여야 한다.
ZFC의 모든 集合은 集合으로 構成되어 있으며, 原子(
英語
:
atom
,
urelement
)를 갖지 않는다. 또한, ZFC의 集合은 正則的이다. 卽, 正則性 公理에 依하여
또는
와 같은, 無限히 再歸的인 集合이 存在할 수 없다.
체르멜로-프렝켈 集合論의 一部 公理들은 서로 獨立的이지 않다. 例를 들어, 나머지 公理들로부터 짝 公理를 誘導할 수 있다.
冪集合 公理에 따라, 集合
이 存在한다. 任意의 集合
가 주어졌을 때, 다음과 같은 論理式
를 생각하자.
(이는 集合論의 言語 以外의 記號를 使用하지만, 集合論의 言語의 記號만을 使用하도록 飜譯할 수 있다.)
는
를 自由 變數로 가지며,
의 元素에 對하여 唯一한 集合을 對應시킨다. 置換 公理꼴에 따라,
와
의 賞을 元素로 包含하는 集合이 存在한다.
의 賞은
이며,
의 賞은
이다.
相對的 無矛盾性
[
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]
ZF(C)와 같은 無矛盾性을 갖는 理論
[
編輯
]
다음 理論들은 서로
等無矛盾的
이다.
[1]
- . 이는
에서 正則性 公理를 省略한 公理系이다.
[1]
:Corollary IV.4.4; 162, Corollary V.2.14
- [1]
:Corollary IV.4.4; 162, Corollary V.2.14
- +
到達 不可能한 期數
가 存在하지 않는다.
[1]
:148, Exercise IV.19
- +
一般化 連續體 假說
[1]
:175, Corollary VI.4.9
- +
一般化 連續體 假說
+
到達 不可能한 期數
가 存在하지 않는다.
[1]
:177, Corollary VI.4.13
- [1]
:170, Corollary VI.3.4
- [1]
:172, Corollary VI.3.11
- [1]
:211, VII.5.17
- [1]
:209, Corollary VII.5.15
- [1]
:245, Exercise VII.E4
- [1]
:148, Exercise IV.19
- (
폰 노이만-베르나이스-괴델 集合論
). 이는
의
保存的 擴張
이다. 卽, 純粹하게 集合에 對한 命題에 對하여, ZFC에서의 證明 可能性과 NBG에서의 證明 可能性이 서로 동치다.
ZF(C)보다 弱한 理論
[
編輯
]
다음과 같은 理論들은
에 對하여
相對的으로 無矛盾的
이지만 그 驛은 成立하지 않는다.
이며,
이다.
[1]
:149, IV.30
[2]
여기서
는
페아노 公理系
이며,
는 체르멜로-프렝켈 集合論에서 無限 公理를 省略한 것이다. 따라서, (萬若
가 無矛盾的이라면)
는
보다 無矛盾性에 따르면 더 强力하다. 勿論,
이다.
마찬가지로, 다음이 成立한다.
[1]
:132, Theorem IV.6.5
여기서
는
에서 冪集合 公理를 除去하고, 代身 "모든 集合이
可算 集合
이다"를 追加한 것이다. 事實,
이다. 여기서
은 遺傳的 可算 集合들의 集合이다.
마찬가지로, 다음이 成立한다.
[1]
:123, Theorem IV.3.13
여기서
는
에서 無限 公理를 除去하고, 代身 그 不正을 追加한 것이다. 事實,
이다.
[3]
[4]
여기서
는 遺傳的 有限 集合들의 集合(卽,
폰 노이만 全體
의
番째 段階)이다.
마찬가지로, 다음이 成立한다.
[5]
:110, Theorem II.2.2
여기서
는
에서 置換 公理꼴을 그 不正으로 代替한 것이다. 事實,
이다.
[6]
ZFC보다 剛한 理論
[
編輯
]
모스-켈리 集合論
(
英語
:
Morse?Kelley set theory
) MK는 ZFC의 無矛盾性을 證明할 수 있어 ZFC보다 더 剛한 理論이다.
[5]
:152, Exercise II.10.2
事實, MK의 有限한 數의 定理들을 公理들로 하는 理論
에 對하여,
이며, 特히
인 境遇
이다.
萬若 ZFC가 無矛盾的이라면, ZFC는
到達 不可能한 期數
(및 其他
큰 期數
)의 存在를 證明할 수 없다. 이는 ZFC+到達 不可能한 騎手의 存在로부터 ZFC의 無矛盾性을 證明할 수 있기 때문이다. 事實,
인데, 이는
到達 不可能한 期數
에 對하여
利器 때문이다.
마찬가지로, ZF+
弱하게 到達 不可能한 期數
의 存在는 ZFC의 無矛盾性을 보일 수 있다.
有限 公理化의 不可能性
[
編輯
]
ZFC는 公理꼴(
英語
:
axiom schema
)을 包含하고 있으므로, 實際로는
無限
히 많은 數의 公理들로 이루어져 있다.
리처드 몬터규
는 1961年에 ZFC도 ZF도 (萬若 無矛盾的이라면) 有限個의 公理로는 代替될 수 없음을 證明했다. 事實, ZFC의 有限한 數의 定理들을 公理系로 하는 理論
에 對하여, 恒常
이다.
[5]
:131, Corollary II.5.4
反面,
폰 노이만-베르나이스-괴델 集合論
(NBG)은 有限 個의 公理로 公理化할 수 있다.
歷史
[
編輯
]
1890年代의
칸토어 逆說
의 發見과 1901年의
러셀의 逆說
의 發見으로, 嚴密한 數學基礎論의 必要性이 擡頭되었다.
1904年에
에른스트 체르멜로
는
整列 整理
를 證明하기 위하여
選擇 公理
를 導入하였다. 1908年,
에른스트 체르멜로
는 最初의
功利的 集合論
人 체르멜로 集合論을 發表했다.
[7]
그러나 체르멜로 集合論은
順序數
를 構成하기에 不足하였다. 具體的으로, 체르멜로 集合論에서는
알레프 수
를 定義할 수 없다. 또한, 체르멜로의 分類 公理꼴(
獨逸語
:
Axiom der Aussonderung
)에는 "明確한"(
獨逸語
:
definit
) 性質이라는 表現이 包含되어 있었는데, 이 槪念은 嚴密하게 定義되지 않았다.
1907年에 러시아의 數學者
드미트리 미리마노프
(
러시아語
:
Дми?трий Семёнович Мирима?нов
)는 集合의 正則性의 槪念을 定義하였고, 이 性質이 체르멜로의 公理系로부터 誘導되지 않는다는 事實을 指摘하였다.
1910年에
헤르만 바일
은 "明確한" 性質을
1次 論理
로 定義할 수 있는 性質로 定義하였다.
[8]
1922年에
土랄프 스콜렘
또한 같은 提案을 하였다.
[9]
또한, 1922年에
아브라함 프렝켈
[10]
과 스콜렘
[9]
은 체르멜로의 公理系에 置換 公理꼴(
獨逸語
:
Ersetzungsaxiom
)을 追加하였다.
존 폰 노이만
은 여기에 集合의 正則性을 表現하는 正則的 公理를 追加하여 ZFC를 完成하였다.
같이 보기
[
編輯
]
各州
[
編輯
]
- ↑
가
나
다
라
마
바
社
아
者
次
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- ↑
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M
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M
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外部 링크
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