Von Neumann-Bernays-Gödel system af aksiomer

Von Neumann-Bernays-Gödel aksiomsystemet ( NBG , Gödel-Bernays aksiomatik ) i metamatematik  er en af ​​de vigtigste aksiomatiske mængdeteorier . Dette system er en udvidelse af den kanoniske Zermelo-Fraenkel-teori med valgaksiomet ( ZFC ). Sætninger formuleret på ZFC-teoriens sprog kan bevises i ZFC, hvis og kun hvis de kan bevises i NBG.

NBG-teorien inkluderer desuden begrebet sin egen klasse  - et objekt, der har elementer, men som ikke selv kan være medlem af nogen objekter. NBG omfatter kun begrebsdefinitioner, der ikke refererer til det begreb, der defineres; værdier af bundne variabler i formler kan kun være sæt. Udelukkelsen af ​​dette princip (fraværet af referencer til begrebet, der er defineret i definitioner) gør NBG -systemet til et Morse-Kelly-system (MK). NBG kan i modsætning til ZFC og MK aksiomatiseres endeligt (ved et endeligt antal aksiomer).

Konceptsystem

Grundlæggende for NBG er skelnen mellem egenklasser og mængder . Lad og  vær objekter. Derefter defineres en simpel proposition, hvis  er et sæt og  er en klasse; med andre ord, det er defineret, hvis det ikke er en klasse for sig. Klasser kan være meget store, NBG har endda en klasse med alle sæt, en generisk klasse kaldet . I NBG er det imidlertid umuligt at have en klasse af alle klasser (da en ordentlig klasse ikke kan være medlem af en klasse) eller et sæt af alle sæt (dets eksistens er i modstrid med aksiomsystemet ).

I systemet af NBG-aksiomer danner alle objekter, der opfylder alle givne formler for NBG -førsteordenslogik , en klasse. Hvis en klasse ikke kan opfylde ZFC-aksiomsystemet, er det dens egen klasse . Udviklingen af ​​klasser afspejler udviklingen af ​​naiv mængdeteori. Abstraktionsprincippet er givet, hvilket betyder, at klasser kan dannes ud fra alle objekter, der opfylder alle sætninger af førsteordens logik; desuden kan simple sætninger indeholde en medlemsrelation eller prædikater, der bruger denne relation. Lighed, operationen med at danne et par af elementer, underklasser og andre lignende begreber er defineret og kræver ikke aksiomatisering - deres definitioner betyder en konkret abstraktion af formlen. Sæt er beskrevet ved en metode tæt på ZF. Define (sættet repræsenterer klassen ) er en binær relation defineret som

Det betyder, at repræsenterer , om alle elementer hører til og omvendt. Klasser, der ikke har et sæt, der repræsenterer dem, kaldes rigtige klasser [1] . Et eksempel på en ordentlig klasse er klassen af ​​alle sæt, der ikke indeholder sig selv (en klasse, der appellerer til Russells paradoks ).

Historie

Den første version af NBG inkluderede funktioner, ikke sæt, som grundlæggende begreber (von Neumann, 1920'erne). I en række artikler udgivet i 1937-1954 modificerede Paul Bernays von Neumanns teori for at lave sæt og medlemsforhold til grundlæggende begreber; han fandt også ud af, at denne teori kunne aksiomatiseres af et begrænset antal aksiomer. Gödel (1940), mens han undersøgte kontinuumhypotesens uafhængighed , forenklede og brugte teorien. Montagu viste, at ZFC ikke kan aksiomatiseres endeligt.

Aksiomatisering af NBG

I det følgende angiver variabler med små bogstaver sæt, og variabler med store bogstaver angiver klasser. Det betyder således, at sættet tilhører sættet (er et element i sættet ); a betyder, at sættet er medlem af klassen . Udtrykkene , , betyder det (her vil vi for enkelthedens skyld ikke være helt strenge). Når vi beskriver et formelt system, kunne vi bruge symboler af én type, og sættene ville være klasser, der er medlemmer af mindst én anden klasse.

Først konstruerer vi NBG-aksiomsystemet ved hjælp af klassegenereringsaksiomskemaet (skemaet svarer til et uendeligt sæt af aksiomer). Dette skema svarer til 9 aksiomer [2] . Disse 9 aksiomer kan således erstatte klassegenereringsskemaet. Således er NBG endeligt aksiomatiserbar.

Systemet af aksiomer, inklusive klassegenereringsskemaet

De følgende 5 aksiomer er de samme som de tilsvarende ZFC-aksiomer

De følgende aksiomer beskriver primært klassernes egenskaber (og inkluderer derfor store bogstaver). De to første af dem adskiller sig kun fra dem i ZFC ved, at de erstatter små bogstaver med store bogstaver.

De sidste to aksiomer er kendetegnende for NBG.

Underklassegenereringsaksiomskemaet er det eneste skema i NBG. Nedenfor viser vi, hvordan denne ordning kan erstattes af en række særlige tilfælde, hvorved NBG bliver endeligt aksiomatiserbar. Hvis de bundne variable i en formel kan spænde over klasser (og ikke kun mængder), så får vi Morse-Kelly mængdeteori, en korrekt forlængelse af ZFC, som ikke kan aksiomatiseres endeligt.

Udskiftning af underklassegenereringsskemaet med et antal specielle tilfælde

Et attraktivt og lidt kryptisk træk ved NBG er, at underklassificeringsskemaet kan erstattes af flere aksiomer, der beskriver særlige tilfælde. Følgende aksiomer kan fuldstændig erstatte underklassegenereringsskemaet. Den nedenfor angivne aksiomatiseringsmetode er ikke nødvendigvis sammenfaldende med den, der kan findes i trykte kilder [5] .

Vi vil beskrive vores aksiomatisering ved at beskrive strukturen af ​​formler. Først skal vi have et indledende lager af klasser.

Dernæst beskriver vi den metode, hvormed vi vil danne udtryk for propositionel logik. Lad og . Så ,. _ Da det ved hjælp af operationer og det er muligt at nedskrive ethvert udtryk for propositionel logik, er det nok for os at definere tilføjelsen og skæringen af ​​klasser.

Nu vil vi begynde at bevæge os i retning af at inkludere kvantificerere i formler. For at bruge flere variable skal du kunne beskrive sammenhænge. Lad os definere et bestilt par og som sædvanligt: ​​. Dernæst beskriver vi aksiomer ved hjælp af ordnede par:

Disse aksiomer giver dig mulighed for at tilføje dummy-argumenter, samt ændre rækkefølgen af ​​argumenter i forhold af enhver art . En særlig form for associativitet er designet specifikt til at kunne flytte ethvert udtryk fra listen til begyndelsen af ​​listen (selvfølgelig også ved hjælp af permutationer). Vi repræsenterer listen over argumenter som (det vil sige som et par af hoved (første argument) og hale (andre argumenter)). Ideen er at anvende indtil det argument, vi er interesseret i, bliver det andet, derefter anvende eller , og derefter anvende indtil brugen af ​​.

Dernæst ønsker vi at aksiomatisere følgende sæt af udsagn: hvis  er en klasse, der er en relation, så er dens rækkevidde  en klasse.

Således har vi fået den eksistentielle kvantifier; den universelle kvantifier kan opnås gennem den eksistentielle kvantifier og negation. Ovenstående aksiomer giver os mulighed for at flytte et argument til forsiden af ​​argumentlisten for at anvende en kvantifier på det.

Endelig indebærer hver enkel formel eksistensen af ​​følgende relationer på klasser:

Den diagonale klasse, sammen med evnen til at omarrangere argumenter og tilføje dummy-argumenter, giver dig mulighed for at erstatte de samme argumenter i relationer.

Variant af Mendelssohn

Mendelssohn omtaler sine aksiomer B1 - B7 som aksiomer for eksistensen af ​​klasser. Fire af dem falder sammen med ovenstående: B1 - tilhørsforhold; B2 - kryds; B3 - tilføjelse; B5 - multiplikation. B4 - området er givet i form af eksistensen af ​​domænet (eksistenskvantifieren er y , ikke y ). De sidste to aksiomer er:

B6 og B7 giver os mulighed for at gøre, hvad der i vores tilfælde blev gjort ved hjælp af permutations- og associativitetsaksiomerne. For hver klasse, der indeholder tripler, er der en anden klasse, der indeholder de samme tripler, hvor elementerne permuteres på samme måde.

Diskussioner

For en diskussion af de filosofiske og ontologiske spørgsmål rejst af NBG, især i forhold til forskellene med ZFC og MK, se Appendiks C af Potter (2004).

Selvom NBG er en forlængelse af ZFC, kan nogle teoremer bevises mere enkelt og elegant i NBG end i ZFC (eller omvendt). For en gennemgang af kendte resultater på dette område, se Pudlak (1998).

Modelteori

ZFC, MK, NBG har en model defineret ved hjælp af (standardmodel i ZFC og univers i NBG). Lad nu inkludere et uopnåeligt kardinalnummer . Lad os udpege de definerede delmængder . Derefter

Kategori teori

NBG-begrebssystemet giver os mulighed for at tale om store genstande uden risiko for at støde på et paradoks. Især i mange fortolkninger af kategoriteori betyder en stor kategori en kategori, hvor et sæt af objekter er en klasse for sig selv, ligesom et sæt af morfismer. Små kategorier er på den anden side kategorier, hvor sæt af objekter og morfismer er sæt. Derfor kan vi uden risiko for paradokser tale om kategorien for alle sæt eller kategorien for alle små kategorier. Disse kategorier er naturligvis store. Men man kan ikke tale om en kategori af alle kategorier, da den skulle omfatte kategorien af ​​alle små kategorier. Der er dog andre udvidelser af begrebssystemer, der giver mulighed for at tale om sættet af alle kategorier som en kategori (se kvasi-kategorien af ​​alle kategorier i Adámek et al. (1990)).

Et system af begreber inklusive klasser og mængder er tilstrækkeligt til at retfærdiggøre kategoriteori (Muller, 2001).

Noter

  1. Engelsk udtryk .  ordentlig klasse er oversat som en ordentlig klasse ifølge den oversatte bog af S. McLane "Categories for the Working Mathematician".
  2. Mendelson (1997), s. 232, påstand 4.4 beviser, at klassegenereringsskemaet er ækvivalent med aksiomerne B1-B7 beskrevet på s. 230.
  3. Mendelson (1997), s. 239, Ex. 4,22(b).
  4. Mendelson (1997), s. 239, aksiom R.
  5. Denne artikel er en oversættelse fra den engelske Wikipedia.

Litteratur

Links