概括原则
数学学术语
概括原则(principle of comprehension)是古典集合论的基本原则,指古典集合论中用以构造集合的一个重要规定或公理,其内容为无条件承认任给一个性质P,人们就能把所有满足该性质P的对象,且仅由这些具有性质P的对象汇集在一起而构成一个集合.用符号来表示就是G={x|P(x)},其中“|”左边的x表示集合G的任一元素,而“|”右边的P(x)表示元素x具有性质P,{ }表示把所有具有性质P的x汇集在一起而构成一集合。因此,概括原则的另一表达式为ᗄx(x∈A↔P(x)),亦即凡是集A之元素必具有性质P,反之,凡具有性质P的对象必为集A之元素。所以,概括原则是一条集合存在性公理(公理模式)。在德国数学家康托尔(Cantor,G.(F.P.))的早期工作中,概括原则只是隐蔽地被使用着,后来德国数学家、数理逻辑学家弗雷格(Frege,(F.L.)G.)公开地采用这一公理模式。对于概括原则内容的理解和使用,还应特别指出如下几点:1.概括原则中用以造集的那个性质P必须是精确性一元谓词,任何非精确性一元谓词都不是康托尔意义下用以造集的谓词,这个大前提无论是康托尔还是弗雷格都没有明文叙述,只是在使用概括原则时无形地贯彻。2.在概括原则之下用以造集的精确性一元谓词是完全任意的,而且对象域也是没有任何限制的。3.给定精确性一元谓词后,由概括原则所构造之集惟一确定,它恰由所有满足该谓词的对象组成。
基本介绍
概括原则是集合论的一项重要原则,是集合论创始人康托尔(G.F.P.Cantor)提出的确定集合的基本原则:对于任何性质P,都存在一个集合A,它恰好由具有性质P的所有元素组成,即A={x|P(x)}。康托尔提出的这一确定集合的原则失之过宽(例如,由它允许x是自己的元素这个性质出发,会导出一些悖论(如著名的罗素悖论),而被认为是不正确的。分离公理弥补了概括原则的缺点(参见“分离公理”),把集合限制为由已给集合与已给性质共同确定的对象。例如,它不允许一切集合的集合存在.用概括原则确定的对象称为类。任何性质P都确定一个类C={x|P(x)}。类可以是集合,可以不是集合,不是集合的类称为真类,例如,完全类V={x|x=x}就是真类,而空类∅={x|x≠x}就是集合:空集∅,对于类仍可如下定义包含关系与各种运算:
1.ord Cord Dx(x∈ord C→x∈ord D);
2.ord C∩ord D={x|x∈ord C∧x∈ord D};
3.ord C∪ord D={x|x∈ord C∨x∈ord D};
4.ord C-ord D={x|x∈ord C∧x∉ ord D};
5.∪ord C={x|S(S∈ord C∧x∈S)}。
相关分析
为了给出一个集合,常常是列举出该集合的元素,这种方法的好处是具有明显性,比如,令集合S1:={0,1,4},我们一眼就看出它只有三个元素,即0,1,4,但是,在有些情况下,这样做是很不方便的,比如令集合S2为:
{5832,6759,8000,9261,10648,12167,13824),(1)
式(1)所确定的集合就有点烦琐了,这样大的数目再多列出几个,那就更复杂甚至无法写出。
当我们分析一下S2的元素的性质时,就会发现这些数都是有规律的,它们是18到24之间的这七个自然数的立方数,亦即当x满足18≤x≤24时,S2的元素恰为x3,这样就有:
S2:={y|x是一自然数,且18≤x≤24并且y=x3}, (2)
其中竖杠的前边是集合S2的元素,它必须满足竖杠的后边所列举的条件,亦即“x是一自然数且18≤x≤24并且y=x3,这个条件也叫做一个性质。(2)表明S2的元素都具有性质为“把这个元素开立方,立方根为18与24(包括18和24在内)之间的自然数”.不难验证它的元素恰好是在(1)中所列举的那些.由外延原则,(1)与(2)定义了同样的集合。
当我们把(2)式中的条件改为“x是一自然数且10≤x≤109并且y=x3时,所定义的集合称为S'2,如果要用类似于(1)式那样的显式去列举S'2时,那将是很烦琐的事情了。如果把(2)式中的条件改为:“x是一有理数且10≤x≤1092000且y=x3”时,这时如果要使用(1)那样的显式,枚举这样的集合的全部元素就几乎不可能。为此,为了方便、简洁地给出一个集合,就需采用如像(2)这样的定义方式,上述所列举的条件都叫做性质,康托尔把所有满足给定性质的元素汇集在一起而成为一个集合,并且称之为概括原则。也就是说:
概括原则 任给一个性质P,那么存在着一个集合S,它的元素恰好是具有性质P的那样的一些对象,亦即
其P(x)是“x具有性质P”的一个缩写。这样,就有 。
这条原则在使用上是强有力的,而且也是很方便的。比如,集合{2,3,4,8},可用条件“x=2或者x=3或者x=4或者x=8”来给出,可记成:
S2:={x|x=2或者x=3或者x=4或者x=8}.
在下边,我们用“∨”表示“或者”,用“∧”表示“并且”。
例如:{x|“x是一自然数”∧80≤x2≤200}就是集合{9,10,11,12,13,14);
{x|x是一自然数}就是集合N;
{x|x=3}就是集合{3}。
应该指出,使用概括原则要有限制,否则会出毛病。
罗素悖论与概括原则
对于任意性质P(x),都存在一个类(包括集合)C,使C={x|P(x)},其中,P(x)是描述任意对象之属性的谓词,它表示x具有性质P。其形式化表示为
注释 对任意属性谓词P(x),都可决定一个类,且满足:
x属于C 当且仅当 x满足P(x)
当用P(x)能够解释一个集合C时,也称P(x)为集合C的入集条件。
19世纪后期,著名的英国数学家罗素(Russell)指出,看似严谨的概括原则所规定的未必是集合,其中存在悖论,并给出了解决的方法,这就是著名的罗素悖论。
设x是任意对象,是一个对x的属性描述。按照概括原则,可用P(x)去规定一个类T,,这时,由于T也是对象。故与T∈T不能同时成立,也不能同时不成立。
如果成立,即T满足P(x),这时,按照概括原则有T∈T,从而引出了矛盾。
如果T∈T成立,这时T是T的元素,那么按照概括原则T满足P(x),即。
显然,由这个P(x)所规定的不是集合。
罗素的证明,拯救了数学基础理论所面临的一场灾难。弗雷格(Frege)在他的《算术的基本法则》第二卷即将付印之时,收到罗素先生的一封信,罗素将集合论的悖论告诉了他。弗雷格在他书的尾页上写道:“一个科学家不会碰到比这更难堪的事了。即在工作完成之际,它的基础垮了。”
罗素指出概括原则规定的是类,在这些类中有一些是真类,正如。它们不是集合。子集分离原则对概括原则作了补充,使集合悖论得以消除。
参考资料
最新修订时间:2023-01-08 17:15
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