Кіріспе
Жинақ теориясында өлшемін шектеу аксиомасын Джон фон Нейман өзінің 1925 жылғы жинақтар мен сыныптар үшін аксиомалар жүйесінде ұсынды. Ол өлшем қағидасының шектеуін формалдастырады, бұл кейбір сыныптардың жиындар болу үшін тым үлкен екенін мойындау арқылы жинақ теориясының бұрынғы тұжырымдамаларында кездесетін парадокстардан аулақ болады. Фон Нейман бұл үлкен сыныптардың бір сыныптың мүшелері болуына жол беру арқылы парадокстар пайда болатынын түсінді. Сыныптың мүшесі болып табылатын сынып жиынтық болып табылады; жиынтық болып табылмайтын сынып өзіндік сынып болып табылады. Әрбір класс V-дің кіші класы, барлық жиынтықтардың класы. Өлшемін шектеу аксиомасы класты егер және тек егер ол V-ден кіші болса ғана жиын деп айтады, яғни оны V-ге сәйкестендіретін функция жоқ. Әдетте бұл аксиома баламалы түрде айтылады: Егер және тек оны V-ге сәйкестендіретін функция болса, класс дұрыс класс болып табылады. Фон Нейман аксиомасы ауыстыру, бөлу, одақтасу және жаһандық таңдау аксиомаларын білдіреді. Ол фон Нейманның Бернейдің Гёдельдің жиынтық теориясы (NBG) мен Морзе Келлидің жиынтық теориясындағы алмастыру, одақтасу және жаһандық таңдаудың үйлесімділігіне тең. Кейінгі сынып теорияларының түсіндірмелері - Пауль Бернейс, Курт Гёдель және Джон Л. Келли сияқты - фон Нейман аксиомасының орнына алмастыру, одақ және таңдау аксиомасын жаһандық таңдауға теңестіреді. 1930 жылы Эрнст Зермело өлшемін шектеу аксиомасын қанағаттандыратын жиынтық теориясының үлгілерін анықтады. Абрахам Френкель мен Азриел Леви өлшемді шектеу аксиомасы "өлшекті шектеу туралы ілімнің" бәрін қамтымайтынын айтты, өйткені ол күштер жиынтығы аксиомасын білдірмейді. Майкл Халлетт өлшемнің шектелуі туралы ілім қуаттар жиынтығы аксиомасын ақтай алмайды және "фон Нейманның нақты болжамы [қуаттар жиынтығының кішілігін] Зермело, Френкель және Левидің қуаттар жиынтығының кішілігін жасырын жасырын болжамына қарағанда артық көрінеді" деп дәлелдеді.
Von Neumann's axiom implies the axioms of replacement, separation, union, and global choice. It is equivalent to the combination of replacement, union, and global choice in Von Neumann–Bernays–Gödel set theory (NBG) and Morse–Kelley set theory. Later expositions of class theories—such as those of Paul Bernays, Kurt Gödel, and John L. Kelley—use replacement, union, and a choice axiom equivalent to global choice rather than von Neumann's axiom. In 1930, Ernst Zermelo defined models of set theory satisfying the axiom of limitation of size. Abraham Fraenkel and Azriel Lévy have stated that the axiom of limitation of size does not capture all of the "limitation of size doctrine" because it does not imply the power set axiom. Michael Hallett has argued that the limitation of size doctrine does not justify the power set axiom and that "von Neumann's explicit assumption [of the smallness of power sets] seems preferable to Zermelo's, Fraenkel's, and Lévy's obscurely hidden implicit assumption of the smallness of power sets."
Аксиоманың мәндері
Фон Нейман өлшемді шектеу аксиомасы алмастыру аксиомасын білдіретінін дәлелдеді, оны былайша білдіруге болады: Егер F функциясы және A жиыны болса, онда F ((A) жиыны. Бұл қарама-қайшылықпен дәлелденген. F функциясы және A жиыны болсын. F ((A) - өзіндік сынып деп қабылдайық. Содан кейін F ((A) V-ге карталайтын G функциясы бар. Құрама функция G F A-ны V-ге карталайтын болғандықтан, өлшемді шектеу аксиомасы A-ның өзіндік сынып екенін білдіреді, бұл A-ның жиынтығы болуына қайшы келеді. Сондықтан F ((A) - жиынтық. Қайталау аксиомасы бөліну аксиомасын білдіретіндіктен, өлшемді шектеу аксиомасы бөліну аксиомасын білдіреді. Фон Нейман өзінің аксиомасы V жақсы реттелген болуы мүмкін екенін білдіреді. Дәлел барлық ординалдардың класы Ord-дың өзіндік класы екенін қарама-қайшылық арқылы дәлелдеуден басталады. Орд - бұл жиынтық деп есептеңіз. Бұл ∈ бойынша жақсы реттелген транзитивті жиын болғандықтан, ол ординал болып табылады. Сонымен, Ord ∈ Ord, бұл Ord-тың ∈ бойынша қатаң түрде жақсы реттелгендігіне қайшы келеді. Сондықтан, Орд - бұл тиісті класс. Сонымен фон Нейман аксиомасы Ордты В-ға карталайтын F функциясы бар екенін білдіреді. V-дің жақсы реттелгенін анықтау үшін G F-нің (α, x) реттелген жұптардан тұратын кіші класы болсын, мұнда α - ең аз β, яғни (β, x) ∈ F; яғни G = {(α, x) ∈ F: ∀β((β, x) ∈ F ⇒ α ≤ β) }. G функциясы Ord және V-дің кіші жиынтығы арасындағы бір-бір сәйкестік болып табылады. Сондықтан, x < y егер G−1(x) < G−1(y) V-дің жақсы реттелгенін анықтайды. Бұл жақсы реттелгені жаһандық таңдау функциясын анықтайды: Inf(x) бос емес жиынтық x-тің ең кіші элементі болсын. Inf ((x) ∈ x болғандықтан, бұл функция x-тің бос емес әр жиыны үшін x элементін таңдайды. Сондықтан Inf ((x) - бұл жаһандық таңдау функциясы, сондықтан фон Нейман аксиомасы жаһандық таңдау аксиомасын білдіреді. 1968 жылы Азриэль Леви фон Нейман аксиомасы одақ аксиомасын білдіретінін дәлелдеді. Біріншіден, ол әр рет санының жоғарғы шегі бар екенін союз аксиомасын пайдаланбай дәлелдеді. Содан кейін ол Ордты V-ге карталайтын функциясын пайдаланып, егер A - жиын болса, онда A - жиын. Ауыстыру, жаһандық таңдау және одақтасу аксиомалары (НБГ-ның басқа аксиомаларымен) өлшемді шектеу аксиомасын білдіреді. Сондықтан бұл аксиома NBG немесе Морзе-Келли жинақ теориясындағы алмастыру, жаһандық таңдау және одақ комбинациясына тең. Бұл көпшілік теориялары тек өлшемді шектеу аксиомасын алмастыру аксиомасы мен таңдау аксиомасының бір түрімен алмастырды, өйткені фон Нейманның аксиомалар жүйесінде одақ аксиомасы бар. Левидің бұл аксиоманың артық екендігін дәлелдеуі көп жылдан кейін пайда болды. NBG аксиомалары, жалпы таңдау аксиомасының әдеттегі таңдау аксиомасымен алмастырылуы, өлшемді шектеу аксиомасын білдірмейді. 1964 жылы Уильям Б. Истон таңдау аксиомасымен алмастырылған жаһандық таңдаумен NBG моделін құруға мәжбүрлеуді қолданды. Истонның үлгісінде V сызықтық түрде реттелмеуі мүмкін, сондықтан жақсы реттелмеуі мүмкін. Сондықтан, өлшемді шектеу аксиомасы бұл модельде сәтсіз. Ord - V-ге картаға түсіруге болмайтын дұрыс кластың мысалы, өйткені (жоғарыда дәлелденгендей) Ord-ды V-ге картаға түсіретін функция болса, онда V жақсы реттелген болуы мүмкін. NBG аксиомалары алмастыру аксиомасы әлсіз бөлу аксиомасымен ауыстырылса, өлшемді шектеу аксиомасын білдірмейді. Түпнұсқалық сан ретінде анықтаңыз; Оны NBG моделіне кеңейту үшін, оның сыныптары Lωω+1 жиынтықтары болсын, олар Lωω құрастырылатын кіші жиынтықтары. Бұл модель NBG-дің сыныптық болу аксиомаларын қанағаттандырады, өйткені осы аксиомалардың жиынтық айнымалыларын Lωω-ға шектеу L-де ұсталатын бөліну аксиомасының жағдайларын тудырады. Ол Lωω+1 функциясына жататын Lωω+1 функциясына сәйкес келеді, өйткені Lωω-ның жақсы реттелгенін білдіреді. Өлшемін шектеу аксиомасы сәтсіз, өйткені өзіндік сынып {ωn: n ∈ ω} -ның кардиналдығы бар, сондықтан оны Lωω-ға картаға түсіре алмайды, ол кардиналдығы бар 1923 жылы Зермелоға жазған хатында фон Нейман өзінің аксиомасының бірінші нұсқасын айтты: Сабақ егер және тек егер оның мен V арасында бір-бір сәйкестік болса, онда өзіндік сынып болып табылады. 1-теорема. X класы жиыны болып табылады егер және тек егер X < κ. Теорема 2. vκdі = κ. Әрбір сынып Vκ-нің кіші жиынтығы болғандықтан, 2-теорема әрбір X класының кардиналдылығы ≤ κ екенін білдіреді. Мұны 1-теоремамен біріктіру дәлелдейді: әрбір жеке кластың κ кардиналдығы бар. Сондықтан, әрбір жеке класты Vκ-мен бір-бір сәйкестікке қоюға болады. Бұл сәйкестік Vκ-нің кіші жиынтығы, сондықтан ол модельдің класы бо�...
In a 1923 letter to Zermelo, von Neumann stated the first version of his axiom: A class is a proper class if and only if there is a one to one correspondence between it and V.
Theorem 1. A class X is a set if and only if |X| < κ.
Theorem 2. |Vκ| = κ. Since every class is a subset of Vκ, Theorem 2 implies that every class X has cardinality ≤ κ. Combining this with Theorem 1 proves: every proper class has cardinality κ. Hence, every proper class can be put into one to one correspondence with Vκ. This correspondence is a subset of Vκ, so it is a class of the model. Therefore, the axiom of limitation of size holds for the model Vκ. The theorem stating that Vκ has a well ordering can be proved directly. Since κ is an ordinal of cardinality κ and |Vκ| = κ, there is a one to one correspondence between κ and Vκ. This correspondence produces a well ordering of Vκ. Von Neumann's proof is indirect. It uses the Burali Forti paradox to prove by contradiction that the class of all ordinals is a proper class. Hence, the axiom of limitation of size implies that there is a function that maps the class of all ordinals onto the class of all sets. This function produces a well ordering of Vκ.
Vω үлгісі
1 және 2-теоремалардың кейбір Vκ үшін жарамды екенін көрсету үшін, алдымен, егер жиын Vα-ға тиесілі болса, онда ол барлық кейінгі Vβ-ға тиесілі екенін дәлелдейміз, немесе баламалы түрде: Vα Vβ α ≤ β үшін. Бұл β: β = 0: V0 V0 бойынша трансфинитті индукция арқылы дәлелденген. β+1 үшін: индуктивті гипотеза бойынша Vα Vβ. Сондықтан Vα Vβ Vβ P(Vβ) = Vβ+1. β шегі үшін: α < β болса, онда Vα ξ < β Vξ = Vβ. Егер α = β болса, онда Vα Vβ. Жинақтар жиынтық иерархияға P ((Vβ) қуаттар жиынтығы арқылы β+1 сатысында кіреді. Келесі анықтамалар қажет болады: Егер x - жиын болса, онда ранг ((x) - x ∈ Vβ+1 сияқты ең кіші ординал β. А ординалдар жиынтығының супремумы, sup А арқылы белгіленеді, барлық α ∈ А үшін α ≤ β болатын ең кіші ординал β болып табылады. Зермелоның ең кіші моделі Vω. Математикалық индукция Vn барлық n < ω үшін шекті екенін дәлелдейді: V0 < ω = 0. Vn+1 Дау = Vn P ((Vn) Дау ≤ Vn Дау + 2 Vn Дау, бұл шекті, өйткені Vn индуктивті гипотеза бойынша шекті. Теореманың дәлелі 1: Х жиыны Vω арқылы P ((Vn) арқылы n < ω үшін кіреді, сондықтан X Vn. Vn шекті болғандықтан, X де шекті. Керісінше: Егер X класы шекті болса, онда N = sup {rank(x): x ∈ X}. Рангы ((x) ≤ N барлық x ∈ X үшін болғандықтан, бізде X VN+1, сондықтан X ∈ VN+2 Vω. Сондықтан, X ∈ Vω. Сондықтан оның кардиналдылығы , бұл фон Нейманның кардиналдық тапсырмасы бойынша ω тең. Vω жиындары мен кластары шексіздік аксиомасынан басқа NBG аксиомаларының барлығын қанағаттандырады.
β = 0: V0 ⊆ V0. For β+1: By inductive hypothesis, Vα ⊆ Vβ. Hence, Vα ⊆ Vβ ⊆ Vβ ∪ P(Vβ) = Vβ+1. For limit β: If α < β, then Vα ⊆ ∪ξ < β Vξ = Vβ. If α = β, then Vα ⊆ Vβ. Sets enter the cumulative hierarchy through the power set P(Vβ) at step β+1. The following definitions will be needed:
If x is a set, rank(x) is the least ordinal β such that x ∈ Vβ+1. The supremum of a set of ordinals A, denoted by sup A, is the least ordinal β such that α ≤ β for all α ∈ A.
Zermelo's smallest model is Vω. Mathematical induction proves that Vn is finite for all n < ω:
|V0| = 0. |Vn+1| = |Vn ∪ P(Vn)| ≤ |Vn| + 2 |Vn|, which is finite since Vn is finite by inductive hypothesis. Proof of Theorem 1: A set X enters Vω through P(Vn) for some n < ω, so X ⊆ Vn. Since Vn is finite, X is finite. Conversely: If a class X is finite, let N = sup {rank(x): x ∈ X}. Since rank(x) ≤ N for all x ∈ X, we have X ⊆ VN+1, so X ∈ VN+2 ⊆ Vω. Therefore, X ∈ Vω. Proof of Theorem 2: Vω is the union of countably infinitely many finite sets of increasing size. Hence, it has cardinality , which equals ω by von Neumann cardinal assignment. The sets and classes of Vω satisfy all the axioms of NBG except the axiom of infinity.