Sistemul de axiome Von Neumann-Bernays-Gödel

Sistemul de axiome von Neumann-Bernays-Gödel ( NBG , Gödel-Bernays axiomatics ) în metamatematică  este una dintre principalele teorii axiomatice a mulțimilor . Acest sistem este o extensie a teoriei canonice Zermelo-Fraenkel cu axioma alegerii ( ZFC ). Propozițiile formulate în limbajul teoriei ZFC sunt demonstrabile în ZFC dacă și numai dacă sunt demonstrabile în NBG.

Teoria NBG include în plus conceptul propriei sale clase  - un obiect care are elemente, dar care în sine nu poate fi membru al niciunui obiect. NBG include doar definiții de concept care nu se referă la conceptul care este definit; valorile variabilelor legate în formule pot fi numai seturi. Excluderea acestui principiu (absența referințelor la concept fiind definite în definiții) transformă sistemul NBG într-un sistem Morse-Kelly (MK). NBG, spre deosebire de ZFC și MK, poate fi axiomatizat finit (prin un număr finit de axiome).

Concept de sistem

Fundamental pentru NBG este distincția dintre clasele proprii și mulțimi . Lasă și  fii obiecte. Atunci o propoziție simplă este definită dacă  este o mulțime și  este o clasă; cu alte cuvinte, este definit dacă nu este o clasă proprie. Clasele pot fi foarte mari, NBG are chiar o clasă cu toate seturile, o clasă generică numită . Cu toate acestea, în NBG este imposibil să existe o clasă a tuturor claselor (deoarece o clasă propriu-zisă nu poate fi membru al unei clase) sau o mulțime a tuturor mulțimilor (existența sa contrazice sistemul de axiome ).

În sistemul de axiome NBG, toate obiectele care satisfac toate formulele date ale logicii de ordinul întâi NBG formează o clasă. Dacă o clasă nu poate satisface sistemul de axiome ZFC, atunci este propria sa clasă . Dezvoltarea claselor reflectă dezvoltarea teoriei multimilor naive. Este dat principiul abstracției, ceea ce înseamnă că se pot forma clase din toate obiectele care satisfac toate propozițiile logicii de ordinul întâi; în plus, propozițiile simple pot include o relație de apartenență sau predicate folosind această relație. Egalitatea, operația de formare a unei perechi de elemente, subclase și alte concepte similare sunt definite și nu necesită axiomatizare - definițiile lor înseamnă o abstractizare concretă a formulei. Seturile sunt descrise printr-o metodă apropiată de ZF. Define (mulțimea reprezintă clasa ) este o relație binară definită ca

Aceasta înseamnă că reprezintă dacă toate elementele aparțin și invers. Clasele care nu au o mulțime care să le reprezinte sunt numite clase proprii [1] . Un exemplu de clasă adecvată este clasa tuturor mulțimilor care nu se conțin (o clasă care face apel la paradoxul lui Russell ).

Istorie

Prima versiune a NBG a inclus funcții, nu seturi, ca concepte de bază (von Neumann, 1920). Într-o serie de lucrări publicate în 1937-1954, Paul Bernays a modificat teoria lui von Neumann pentru a face concepte de bază ale mulțimilor și relației de membru; a mai descoperit că această teorie ar putea fi axiomatizată printr-un număr finit de axiome. Gödel (1940), în timp ce a investigat independența ipotezei continuumului , a simplificat și a folosit teoria. Montagu a arătat că ZFC nu poate fi axiomatizat finit.

Axiomatizarea NBG

În cele ce urmează, variabilele cu litere mici denotă seturi, iar variabilele cu litere mari denotă clase. Astfel, înseamnă că mulțimea aparține mulțimii (este un element al mulțimii ); a înseamnă că mulţimea este un membru al clasei . Expresiile , , înseamnă că (aici nu vom fi complet stricti de dragul simplității). Când descriem un sistem formal, am putea folosi simboluri de un tip, iar mulțimile ar fi clase care sunt membri a cel puțin unei alte clase.

În primul rând, construim sistemul de axiome NBG utilizând schema de axiome de generare a clasei (schema corespunde unui set infinit de axiome). Această schemă este echivalentă cu 9 axiome [2] . Astfel, aceste 9 axiome pot înlocui schema de generare a clasei. Astfel NBG este finit axiomatizabil.

Sistemul de axiome, inclusiv schema de generare a clasei

Următoarele 5 axiome sunt aceleași cu axiomele ZFC corespunzătoare

Următoarele axiome descriu în primul rând proprietățile claselor (și, prin urmare, includ litere mari). Primele două dintre ele diferă de cele din ZFC doar prin faptul că înlocuiesc literele mici cu majuscule.

Ultimele două axiome sunt semnul distinctiv al NBG.

Schema axiomei de generare a subclaselor este singura schemă din NBG. Mai jos arătăm cum această schemă poate fi înlocuită cu o serie de cazuri speciale, ca urmare a cărora NBG devine finit axiomatizabil. Dacă variabilele legate dintr-o formulă pot cuprinde clase (și nu doar mulțimi), atunci obținem teoria mulțimilor Morse-Kelly, o extensie adecvată a ZFC care nu poate fi axiomatizată finit.

Înlocuirea schemei de generare a subclaselor cu un număr de cazuri speciale

O caracteristică atractivă și oarecum criptică a NBG este că schema de subclasare poate fi înlocuită cu mai multe axiome care descriu cazuri speciale. Următoarele axiome pot înlocui complet schema de generare a subclaselor. Metoda de axiomatizare prezentată mai jos nu coincide neapărat cu cea care poate fi găsită în sursele tipărite [5] .

Vom descrie axiomatizarea noastră prin descrierea structurii formulelor. În primul rând, trebuie să avem un stoc inițial de clase.

În continuare, descriem metoda prin care vom forma expresii ale logicii propoziționale. Lasă și . Apoi , . Deoarece cu ajutorul operațiilor și este posibil să notăm orice expresii de logică propozițională, este suficient să definim adunarea și intersecția claselor.

Acum vom începe să mergem spre includerea cuantificatorilor în formule. Pentru a utiliza mai multe variabile, trebuie să fii capabil să descrii relațiile. Să definim o pereche ordonată și ca de obicei: . În continuare, descriem axiomele folosind perechi ordonate:

Aceste axiome vă permit să adăugați argumente fictive, precum și să schimbați ordinea argumentelor în relațiile oricărei arități . O formă specială de asociativitate este concepută special pentru a putea muta orice expresie din listă la începutul listei (desigur, folosind și permutări). Reprezentăm lista de argumente ca (adică ca o pereche de cap (primul argument) și coadă (alte argumente)). Ideea este să aplicăm până când argumentul care ne interesează devine al doilea, apoi să aplicăm sau , iar apoi să aplicăm până la utilizarea lui .

În continuare, dorim să axiomatizăm următorul set de afirmații: dacă  este o clasă care este o relație, atunci domeniul său  este o clasă.

Astfel am obţinut cuantificatorul existenţial; cuantificatorul universal poate fi obţinut prin cuantificatorul existenţial şi negaţie. Axiomele de mai sus ne permit să mutăm un argument în fața listei de argumente pentru a-i aplica un cuantificator.

În sfârșit, fiecare formulă simplă implică existența următoarelor relații pe clase:

Clasa diagonală, împreună cu capacitatea de a rearanja argumente și de a adăuga argumente false, vă permite să înlocuiți aceleași argumente în relații.

Varianta lui Mendelssohn

Mendelssohn se referă la axiomele sale B1 - B7 ca fiind axiomele existenței claselor. Patru dintre ele coincid cu cele de mai sus: B1 - apartenenta; B2 - intersectie; B3 - adaos; B5 - înmulțire. B4 - intervalul este dat sub forma existenței domeniului (cuantificatorul existenței este y , nu y ). Ultimele două axiome sunt:

B6 și B7 ne permit să facem ceea ce s-a făcut în cazul nostru folosind axiomele de permutare și asociativitate. Pentru fiecare clasă care conține triple, există o altă clasă care conține aceleași triple, în care elementele sunt permutate în același mod.

Discuții

Pentru o discuție a întrebărilor filosofice și ontologice ridicate de NBG, în special în legătură cu diferențele cu ZFC și MK, vezi Anexa C a Potter (2004).

Chiar dacă NBG este o extensie a ZFC, unele teoreme pot fi demonstrate mai simplu și mai elegant în NBG decât în ​​ZFC (sau invers). Pentru o trecere în revistă a rezultatelor cunoscute în acest domeniu, a se vedea Pudlak (1998).

Teoria modelului

ZFC, MK, NBG au un model definit folosind (model standard în ZFC și univers în NBG). Acum să includem un număr cardinal inaccesibil . Să desemnăm subseturile definite . Apoi

Teoria categoriilor

Sistemul de concepte NBG ne permite să vorbim despre obiecte mari fără riscul de a da peste un paradox. În special, în multe interpretări ale teoriei categoriilor, o categorie mare înseamnă o categorie în care un set de obiecte este o clasă proprie, la fel ca un set de morfisme. Categoriile mici, pe de altă parte, sunt categorii în care seturi de obiecte și morfisme sunt mulțimi. Prin urmare, fără riscul unor paradoxuri, putem vorbi de categoria tuturor seturilor sau de categoria tuturor categoriilor mici. Aceste categorii sunt, desigur, mari. Dar nu se poate vorbi de o categorie a tuturor categoriilor, deoarece ar trebui să includă categoria tuturor categoriilor mici. Cu toate acestea, există și alte extensii ale sistemelor de concepte care permit să vorbim despre mulțimea tuturor categoriilor ca pe o categorie (vezi cvasi-categoria tuturor categoriilor în Adámek și colab. (1990)).

Un sistem de concepte care includ clase și mulțimi este suficient pentru a justifica teoria categoriilor (Muller, 2001).

Note

  1. Termen englezesc .  clasa potrivită este tradusă ca o clasă propriu-zisă conform cărții traduse de S. McLane „Categorii pentru matematicianul lucrător”.
  2. Mendelson (1997), p. 232, Propunerea 4.4 demonstrează că schema de generare a clasei este echivalentă cu axiomele B1-B7 descrise la p. 230.
  3. Mendelson (1997), p. 239, Ex. 4.22(b).
  4. Mendelson (1997), p. 239, axioma R.
  5. Acest articol este o traducere din Wikipedia în engleză.

Literatură

Link -uri