集合论的公理系统有许多等价的表述方式。为简洁起见,我们采用一阶逻辑符号语言来表述,即采用1980年Kunen提出的模式:
A1外延公理: ∀x∀y∀z(z∈x↔z∈y) ⇨ x=y
A2基础公理:∀x[∃a(a∈x)⇨∃y(y∈x∧┑∃z(z∈y∧z∈x))]
A3分离公理:∀z∀ω1∀ω2 ∀ωn∃y∀x[x∈y↔(x∈z∧φ)]
A4配对公理:∀x∀y∃z(x∈z ∧ y∈z)
A5并集公理:∀F∃A∀Y∀x[(x∈Y∧Y∈F)⇨
x ∈A]∀
A6替代公理:
∀A∀ω1∀ω2 ∀ωn [∀x(x∈A⇨∃!yφ)⇨
∃B∀x(x∈A⇨∃y(y∈B∧φ))]
A7无穷公理:∃X[Ǿ∈X∧∀y(y∈X
⇨S(y)∈X)]
A8幂集公理:∀x∃y∀z[z ⊆x ⇨ x∈y]
A9良序定理:∀X∃R(R well-orders
X) 良序定理等价与选择公理AC。
以上就是ZFC公理系统的一阶逻辑的表述方式。初看起来,一头雾水,不知所云。但是,仔细一想,也不是什么深不可测的事情。A3分离公理,其中φ表示含有变元ω1、ω2、
、ωn的任意公式。A6替代公理,符号“∃!y”存在唯一的y。A7无穷公理,其中S(y) = yᑌ{y},是一种缩写方式。符号“∧”是逻辑连接词“and”的意思。
设想我们在思考微积分学问题,严格讲来,思考的每一步骤都离不开以上9条ZFC公理,只是我们自己心中不知而已。在此,我们顺便举一例如下:考虑无限命题集合:0<ε<1/1,0<ε<1/2,0<ε<1/3,......,0<ε<1/n,......
不难看出,对于前n个命题,存在一个符号εn,满足这n个命题,这个符号εn只要取值很小即可。根据哥德尔紧致性定理,将无限命题串
0<ε<1/1,0<ε<1/2,0<ε<1/3,......,0<ε<1/n,......
加入ZFC公理系统,也必将有新模型存在。也就是说,存在一个符号ε满足0<ε<1/1,0<ε<1/2,0<ε<1/3,......,0<ε<1/n,......
容易看出,这个符号ε就是所谓的”无穷小“。A.
Robinson的非标准分析就是由此开始的。J.
Keisler的无穷小微积分只不过是跟在A.
Robinson后面小跑而已。
总之,ZFC公理化集合论是对50年前康托尔集合论的继承与发展。没有ZFC系统也就不会有非标准分析(NSA)的出现。
说明:紧致性定理的意思是,命题集S有模型,充分必要条件是,命题集S的任意有限子集合有模型。从紧致性定理出发,存在无穷小是很自然的事情。
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