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基数


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 (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 A 的符号上加一个单横线 A^_ 表示 A 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 A^_^_ 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 |A| 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 omega+1omega+2、... 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 omegaomega+1、... 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 |A| 定义为所有与 A 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 A 都与一个基数 |A| 相关联,并且两个集合 AB 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 A 为任意集合来定义基数,然后将 |A| 称为所有与 A 等势 且具有最小可能的的集合的集合 (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 A 的基数的定义,即最小的序数 b,使得 Ab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 alephs(“aleph 数”)。对于任何序数 alphaaleph_alpha=omega_alpha

一个不可达基数不能用较小数目的较小基数来表示。


参见

Aleph 数, Aleph-0, Aleph-1, 康托尔-戴德金公理, 康托尔对角线法, 基数加法, 基数指数, 基数乘法, 连续统, 连续统假设, 等势, 不可达基数, 无穷, 序数, 幂集, 超现实数, 不可数无限

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参考文献

Cantor, G. 关于无穷的线性点集,1872-1884 年集合论著作。 Leipzig, Germany: Teubner, 1884.Conway, J. H. and Guy, R. K. "Cardinal Numbers." In 数之书。 New York: Springer-Verlag, pp. 277-282, 1996.Courant, R. and Robbins, H. "Cantor's 'Cardinal Numbers.' " §2.4.3 in 什么是数学?:思想和方法的初等方法,第二版。 Oxford, England: Oxford University Press, pp. 83-86, 1996.Dauben, J. W. 格奥尔格·康托尔:他的数学和无穷哲理。 Princeton, NJ: Princeton University Press, 1990.Ferreirós, J. "The Notion of Cardinality and the Continuum Hypothesis." Ch. 6 in 思想的迷宫:集合论的历史及其在现代数学中的作用。 Basel, Switzerland: Birkhäuser, pp. 171-214, 1999.Moore, G. H. 策梅洛的选择公理:其起源、发展和影响。 New York: Springer-Verlag, 1982.Rubin, J. E. 面向数学家的集合论。 New York: Holden-Day, 1967.Suppes, P. 公理集合论。 New York: Dover, 1972.Tarski, A. "Sur quelques théorèmes qui équivalent à l'axiome du choix." Fund. Math. 5, 147-154, 1924.

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基数

请这样引用

Weisstein, Eric W. "Cardinal Number." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/CardinalNumber.html

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