公理化集合論和使用它的邏輯數學計算機科學中,無窮公理(英語:Axiom of infinity)是策梅洛-弗蘭克爾集合論公理之一。[1]

形式陳述

編輯

在Zermelo-Fraenkel公理的形式語言中,這個公理讀作:

 

或用非形式化的語言陳述:存在一個集合 ,使得空集 中,並且只要  的成員,則 與它的單元素集合 此兩者的併集也是 的成員。這種集合有時也叫做歸納集合。歸納集合是帶有如下性質的集合 :對於所有  的後繼 也是 的一個元素

解釋

編輯

要理解這個公理,首先我們要定義 的後繼為 。注意配對公理允許我們形成單元素集合 。 後繼是用來定義自然數的常用的集合論編碼。在這種編碼中,0是空集( ),而1是0的後繼:

 

類似地,2 是1 的後繼:

 

如此類推。這個定義的推論是對於任何自然數  等同於由它的所有前驅(predecessor)組成的集合。

我們希望可以形成包含所有自然數的一個集合,但是只使用其他ZF公理的話並不能做到這一點。因此,有必要加入無窮公理以假定這個集合的存在。它是通過類似於數學歸納法的方法完成的:首先假定有一個集合 包含零,並接著規定對於 的所有元素,這個元素的後繼也在 中。

這個集合 可以不只是包含自然數,還包含別的元素。但是我們可以應用分類公理模式來除去不想要的元素,留下所有自然數的集合 。通過外延公理可知這個集合是唯一的。應用分類(分離)公理的結果是:

 
 

用非形式化的語言陳述:所有自然數的集合存在;這裡的自然數要麼是零,要麼是一個自然數k的後繼,並且 的每個元素要麼是0要麼是 的另外一個元素的後繼。

所以這個公理的本質是:

有一個集合包含所有的自然數。

無窮公理也是von Neumann-Bernays-Gödel 公理之一。

引用

編輯
  1. ^ Zermelo: Untersuchungen über die Grundlagen der Mengenlehre, 1907, in: Mathematische Annalen 65 (1908), 261-281; Axiom des Unendlichen p. 266f.

延伸閱讀

編輯