在常用用法中,基数是用于计数的数字(计数),例如 1、2、3、...
在形式集合论中,基数(也称为“势”)是一种数字类型,其定义方式使得任何使用它的集合计数方法都给出相同的结果。(这对序数是不成立的。)实际上,基数是通过收集所有可以通过计数给定集合获得的序数来获得的。如果一个集合可以与有限序数建立一一对应,则该集合有 (aleph-0) 个成员。集合的基数也经常被称为集合的“势”(Moore 1982, Dauben 1990, Suppes 1972)。
在格奥尔格·康托尔最初的表示法中,集合 的符号上加一个单横线
表示
剥离了除了顺序之外的任何结构,因此它代表了集合的序类型。双横线
然后表示从集合中剥离顺序,从而表示集合的基数。然而,在现代表示法中,符号
用于表示集合的基数。
现代集合论之父康托尔注意到,虽然序数 、
、... 在顺序意义上大于 ω,但在等势意义上并不更大。这促使他研究后来被称为基数的概念。他将与整数等势的序数
、
、... 称为“第二数类”(相对于有限序数,他称之为“第一数类”)。康托尔证明了
1. 第二数类大于第一数类。
2. 不存在比第一数类大且比第二数类小的类。
3. 实数类大于第一数类。
最早的严格数学基数定义之一是由戈特洛布·弗雷格和伯特兰·罗素提出的,他们将基数 定义为所有与
等势的集合的集合。(Moore 1982, p. 153; Suppes 1972, p. 109)。不幸的是,根据这个定义产生的对象在 Zermelo-Fraenkel 集合论的意义上不是集合,而是在冯·诺伊曼的术语中是“真类”。
塔斯基 (1924) 提出另一种定义基数的方法,即声明每个集合 都与一个基数
相关联,并且两个集合
和
具有相同的基数 当且仅当 它们是 等势 的 (Moore 1982, pp. 52 and 214; Rubin 1967, p. 266; Suppes 1972, p. 111)。问题是这个定义需要一个特殊的公理来保证基数的存在。
A. P. Morse 和 Dana Scott 通过令 为任意集合来定义基数,然后将
称为所有与
等势 且具有最小可能的秩的集合的集合 (Rubin 1967, p. 270)。
可以将基数与特定集合关联起来,但这个过程需要基础公理或选择公理。然而,这些是 Zermelo-Fraenkel 公理中更具争议的两个公理。有了选择公理,基数可以通过序数来枚举。事实上,两者可以建立一一对应。选择公理意味着每个集合都可以良序化,因此可以与一个序数相关联。
这导致了集合 的基数的定义,即最小的序数
,使得
和
是等势的。在这个模型中,基数就是初始序数。这个定义显然依赖于选择公理,因为如果选择公理不成立,那么就存在不能被良序化的集合。康托尔认为每个集合都可以被良序化,并使用这种对应关系来定义
s(“aleph 数”)。对于任何序数
,
。
一个不可达基数不能用较小数目的较小基数来表示。