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基數


在常用用法中,基數是用於計數的數字(計數),例如 1、2、3、...

在形式集合論中,基數(也稱為“勢”)是一種數字型別,其定義方式使得任何使用它的集合計數方法都給出相同的結果。(這對序數是不成立的。)實際上,基數是透過收集所有可以透過計數給定集合獲得的序數來獲得的。如果一個集合可以與有限序數建立一一對應,則該集合有 aleph_0 (aleph-0) 個成員。集合的基數也經常被稱為集合的“勢”(Moore 1982, Dauben 1990, Suppes 1972)。

在格奧爾格·康托爾最初的表示法中,集合 A 的符號上加一個單橫線 A^_ 表示 A 剝離了除了順序之外的任何結構,因此它代表了集合的序型別。雙橫線 A^_^_ 然後表示從集合中剝離順序,從而表示集合的基數。然而,在現代表示法中,符號 |A| 用於表示集合的基數。

現代集合論之父康托爾注意到,雖然序數 omega+1omega+2、... 在順序意義上大於 ω,但在等勢意義上並不更大。這促使他研究後來被稱為基數的概念。他將與整數等勢的序數 omegaomega+1、... 稱為“第二數類”(相對於有限序數,他稱之為“第一數類”)。康托爾證明了

1. 第二數類大於第一數類。

2. 不存在比第一數類大且比第二數類小的類。

3. 實數類大於第一數類。

最早的嚴格數學基數定義之一是由戈特洛布·弗雷格和伯特蘭·羅素提出的,他們將基數 |A| 定義為所有與 A 等勢的集合的集合。(Moore 1982, p. 153; Suppes 1972, p. 109)。不幸的是,根據這個定義產生的物件在 Zermelo-Fraenkel 集合論的意義上不是集合,而是在馮·諾伊曼的術語中是“真類”。

塔斯基 (1924) 提出另一種定義基數的方法,即宣告每個集合 A 都與一個基數 |A| 相關聯,並且兩個集合 AB 具有相同的基數 當且僅當 它們是 等勢 的 (Moore 1982, pp. 52 and 214; Rubin 1967, p. 266; Suppes 1972, p. 111)。問題是這個定義需要一個特殊的公理來保證基數的存在。

A. P. Morse 和 Dana Scott 透過令 A 為任意集合來定義基數,然後將 |A| 稱為所有與 A 等勢 且具有最小可能的的集合的集合 (Rubin 1967, p. 270)。

可以將基數與特定集合關聯起來,但這個過程需要基礎公理選擇公理。然而,這些是 Zermelo-Fraenkel 公理中更具爭議的兩個公理。有了選擇公理,基數可以透過序數來列舉。事實上,兩者可以建立一一對應選擇公理意味著每個集合都可以良序化,因此可以與一個序數相關聯。

這導致了集合 A 的基數的定義,即最小的序數 b,使得 Ab等勢的。在這個模型中,基數就是初始序數。這個定義顯然依賴於選擇公理,因為如果選擇公理不成立,那麼就存在不能被良序化的集合。康托爾認為每個集合都可以被良序化,並使用這種對應關係來定義 alephs(“aleph 數”)。對於任何序數 alphaaleph_alpha=omega_alpha

一個不可達基數不能用較小數目的較小基數來表示。


參見

Aleph 數, Aleph-0, Aleph-1, 康托爾-戴德金公理, 康托爾對角線法, 基數加法, 基數指數, 基數乘法, 連續統, 連續統假設, 等勢, 不可達基數, 無窮, 序數, 冪集, 超現實數, 不可數無限

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參考文獻

Cantor, G. 關於無窮的線性點集,1872-1884 年集合論著作。 Leipzig, Germany: Teubner, 1884.Conway, J. H. and Guy, R. K. "Cardinal Numbers." In 數之書。 New York: Springer-Verlag, pp. 277-282, 1996.Courant, R. and Robbins, H. "Cantor's 'Cardinal Numbers.' " §2.4.3 in 什麼是數學?: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. 格奧爾格·康托爾:他的數學和無窮哲理。 Princeton, NJ: Princeton University Press, 1990.Ferreirós, J. "The Notion of Cardinality and the Continuum Hypothesis." Ch. 6 in 思想的迷宮:集合論的歷史及其在現代數學中的作用。 Basel, Switzerland: Birkhäuser, pp. 171-214, 1999.Moore, G. H. 策梅洛的選擇公理:其起源、發展和影響。 New York: Springer-Verlag, 1982.Rubin, J. E. 面向數學家的集合論。 New York: Holden-Day, 1967.Suppes, P. 公理集合論。 New York: Dover, 1972.Tarski, A. "Sur quelques théorèmes qui équivalent à l'axiome du choix." Fund. Math. 5, 147-154, 1924.

在 中被引用

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請這樣引用

Weisstein, Eric W. "Cardinal Number." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/CardinalNumber.html

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