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恒梦先生的数学课(2)皮亚诺公理

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上节课我讲解了集合论的ZF公理(选择公理没有讲)。集合论通过无穷公理构造了自然数集的形式。上节课的课后习题答案如下:
1.用集合构造映射
对映射f:A→B(A,B都不能为空集),针对集合A={a,…},B={b,…},先根据无序对公理构造集合C={A,B},然后根据并集公理构造集合D={a1,a2,...,b1,b2,...}=A U B。(注意,集合里的省略号并不一定意味着集合中还有别的元素,比如集合{a,a}实际上就是{a},只是为了方便所以不要求按高中时那样每个元素只写一次。)
接下来需要认识有序对、笛卡尔积。显然,有序对(a,b)={{a},{a,b}}是集合A U B的幂集P(A U B)的一个子集,符合幂集公理和分离公理。而所有这样的有序对(指前一个元素属于A,后一个元素属于B)就可以构成一个集合,记为A×B={(a,b)|(a,b)∈P(A U B),a∈A且b∈B}。最后,用我们熟悉的y=f(x)函数在xOy坐标空间中的图像可以看出,这个函数对应的图像是整个空间的子集,且满足一个x只能对应一个y(定义域为R时)。那么拓展到更一般的映射,我们就可以构造相应的集合,使之为集合A×B的子集,且满足一些性质。这样,我们就能用纯粹的集合描述映射了。
例如,对函数y=x(x∈R),我们可以用集合{(x,y)|(x,y)∈P(R×R),y=x}描述。
2.皮亚诺公理
让我们看看皮亚诺公理。
一、0是一个自然数(存在一个元素,记为0,使得0属于N,而这个0在集合论中就是空集)
二、对任意一个自然数n,存在唯一的后继n',使得这个后继的n'也是一个自然数(任意x∈N,满足x U {x}∈N。这里可以定义一个后继映射f:N→N,满足f(x)=x U {x})
三、0不是任何自然数的后继(这是很显然的,如果存在x,使得x U {x}=0=空集,那么x就属于空集,显然不成立。所以这样的x不存在。)
四、任意两个不同的自然数的后继都不同(对任意x,y,x≠y→x U {x}≠y U {y}。这可以用反证法证明。具体证明过程留作课后习题)
五、对任意一种性质P,如果0具有该性质即P(0)为真,且P(n)→P(n')即自然数n具有该性质可以推出n'也具有该性质,则所有自然数都具有该性质
(对任意的集合S,若空集属于S,且对任意的x∈S,满足x U {x}∈S,则N包含于S)第五条公理对应数学归纳法。当我们需要证明某条语句对所有自然数成立,只需要两步:1、归纳奠基:证明语句对0成立;2、归纳递推:证明如果n成立,则n'成立。那么我们就能证明了它对所有自然数成立。


IP属地:湖北来自Android客户端1楼2024-06-24 17:41回复
    快进到实数论
    早说了从皮亚诺公理开始讲没人看的


    IP属地:黑龙江来自iPhone客户端2楼2024-06-24 21:38
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