مجموعة مأهولة

في الرياضيات، مجموعةأ{\displaystyle A}تكون مأهولة إذا كان هناك عنصرأأ{\displaystyle a\in A}.

في الرياضيات الكلاسيكية ، تُعادل خاصية كون الشيء مأهولاً خاصية كونه غير فارغ . ومع ذلك، فإن هذا التكافؤ غير صحيح في المنطق البنائي أو الحدسي ، ولذا يُستخدم هذا المصطلح المنفصل في الغالب في نظرية المجموعات في الرياضيات البنائية .

تعريف

في اللغة الرسمية لمنطق الرتبة الأولى ، مجموعةأ{\displaystyle A}يتمتع بخاصية كونه مسكونًا إذا

z(zأ).{\displaystyle \exists z(z\in A).}

مجموعةأ{\displaystyle A}له خاصية كونه فارغًا إذاz(zأ){\displaystyle \forall z(z\notin A)}أو ما يعادل ذلك¬z(zأ){\displaystyle \neg \exists z(z\in A)}. هناzأ{\displaystyle z\notin A}يرمز إلى النفي¬(zأ){\displaystyle \neg (z\in A)}.

مجموعةأ{\displaystyle A}تكون غير فارغة إذا لم تكن فارغة، أي إذا¬z(zأ){\displaystyle \neg \forall z(z\notin A)}أو ما يعادل ذلك¬¬z(zأ){\displaystyle \neg \neg \exists z(z\in A)}.

النظريات

قواعد الاستدلال لـ{\displaystyle \to }يعنيP((Pسؤال)سؤال){\displaystyle P\to ((P\to Q)\to Q)}واعتبار أي منها قضية خاطئةسؤال{\displaystyle Q}يثبت ذلكP¬¬P{\displaystyle P\to \neg \neg P}صحيح دائمًا. وبالتالي، فإن أي مجموعة مأهولة هي أيضًا غير فارغة بشكل مؤكد.

مناقشة

في الرياضيات البنائية، لا يكون مبدأ استبعاد النفي المزدوج صحيحًا تلقائيًا. على وجه الخصوص، يكون بيان الوجود أقوى عمومًا من صيغته المنفية مرتين. فالأخيرة تعبر فقط عن استحالة استبعاد الوجود، بمعنى أنه لا يمكن نفيه بشكل متسق. في القراءة البنائية، لكيzϕ(z){\displaystyle \exists z\phi (z)}للاحتفاظ ببعض الصيغϕ{\displaystyle \phi }، من الضروري لقيمة محددة منz{\displaystyle z}مُرضٍϕ{\displaystyle \phi }أن تُبنى أو تُعرف. وبالمثل، فإن نفي عبارة كمية شاملة يكون عمومًا أضعف من التحديد الكمي الوجودي لعبارة منفية. وبالمقابل، يمكن إثبات أن مجموعة ما غير فارغة دون أن يكون بالإمكان إثبات أنها مأهولة.

أمثلة

مجموعات مثل{2،3،4،7}{\displaystyle \{2,3,4,7\}}أوسؤال{\displaystyle \mathbb {Q} }مأهولة بالسكان، كما يتضح من خلال3{2،3،4،7}{\displaystyle 3\in \{2,3,4,7\}}المجموعة{}{\displaystyle \{\}}هي فارغة وبالتالي غير مأهولة. وبطبيعة الحال، يركز قسم الأمثلة على المجموعات غير الفارغة التي لا يمكن إثبات أنها مأهولة.

من السهل تقديم مثل هذه الأمثلة باستخدام بديهية الفصل ، حيث يمكن من خلالها دائمًا ترجمة العبارات المنطقية إلى عبارات نظرية المجموعات. على سبيل المثال، مع مجموعة جزئيةS{0}{\displaystyle S\subseteq \{0\}}يُعرَّف بأنهS:={ن{0}|P}{\displaystyle S:=\{n\in \{0\}\mid P\}}، الاقتراحP{\displaystyle P}يمكن دائمًا التعبير عنها بشكل مكافئ على النحو التالي0S{\displaystyle 0\in S}يمكن التعبير عن ادعاء الوجود المنفي المزدوج لكيان ذي خاصية معينة من خلال القول بأن مجموعة الكيانات التي تتمتع بتلك الخاصية غير فارغة.

مثال يتعلق بالوسط المرفوع

حدد مجموعة جزئيةأ{0،1}{\displaystyle A\subseteq \{0,1\}}عبر

أ:={ن{0،1}|(Pن=0)(¬Pن=1)}{\displaystyle A:=\{n\in \{0,1\}\mid (P\land n=0)\lor (\neg P\land n=1)\}}

بوضوحP0أ{\displaystyle P\leftrightarrow 0\in A}و(¬P)1أ{\displaystyle (\neg P)\leftrightarrow 1\in A}ومن مبدأ عدم التناقض يستنتج المرء¬(0أ1أ){\displaystyle \neg (0\in A\land 1\in A)}. إضافي،(P¬P)(0أ1أ){\displaystyle (P\lor \neg P)\leftrightarrow (0\in A\lor 1\in A)}وبدوره

(P¬P)!(ن{0،1}) نأ{\displaystyle (P\lor \neg P)\to \exists !(n\in \{0,1\})\ n\in A}

يثبت المنطق الأدنى بالفعل¬¬(P¬P){\displaystyle \neg \neg (P\lor \neg P)}، النفي المزدوج لأي عبارة وسطية مستبعدة، وهو ما يعادل هنا¬(0أ1أ){\displaystyle \neg (0\notin A\land 1\notin A)}وبذلك، من خلال إجراء عمليتيّ عكس على الاستلزام السابق، يتم إثبات¬¬!(ن{0،1}) نأ{\displaystyle \neg \neg \exists !(n\in \{0,1\})\ n\in A} . بعبارة أخرى: لا يمكن استبعاد أن يكون أحد الأعداد فقط0{\displaystyle 0}و1{\displaystyle 1}يسكنأ{\displaystyle A}وعلى وجه الخصوص، يمكن إضعاف الأخير إلى¬¬ن نأ{\displaystyle \neg \neg \exists n\ n\in A}، قائلاًأ{\displaystyle A}ثبت أنها غير فارغة.

كمثال على عبارات لـP{\displaystyle P}لنأخذ على سبيل المثال العبارات الشهيرة التي ثبت استقلالها عن النظرية، مثل فرضية الاستمرارية ، واتساق النظرية السليمة قيد الدراسة، أو، بشكل غير رسمي، ادعاء غير قابل للمعرفة حول الماضي أو المستقبل. وقد تم اختيار هذه العبارات عمدًا لتكون غير قابلة للإثبات. ويتمثل أحد أشكال هذا في النظر في القضايا الرياضية التي لم يتم إثباتها بعد - انظر أيضًا الأمثلة المضادة لبروير . إن معرفة صحة أي من هذه العبارات أمر ضروري.0أ{\displaystyle 0\in A}أو1أ{\displaystyle 1\in A}يعادل معرفة حولP{\displaystyle P}كما سبق، ولا يمكن الحصول عليه. بالنظر إلى أي منهماP{\displaystyle P}ولا¬P{\displaystyle \neg P}يمكن إثبات ذلك نظرياً، لكنه لن يثبت أيضاًأ{\displaystyle A}أن يسكنها عدد معين. علاوة على ذلك، لا يمكن لإطار بناء يتمتع بخاصية الفصل أن يثبتP¬P{\displaystyle P\lor \neg P}ولا يوجد أي دليل.0أ{\displaystyle 0\in A}ولا لـ1أ{\displaystyle 1\in A}ويعكس عدم إمكانية إثبات انفصالهما هذا الأمر. ومع ذلك، بما أن استبعاد الوسط المرفوع غير متسق دائمًا، فقد ثبت أيضًا أنأ{\displaystyle A}ليست فارغة. يعتمد المنطق الكلاسيكيP¬P{\displaystyle P\lor \neg P}بشكل بديهي، مما يفسد القراءة البناءة.

مثال يتعلق بالاختيار

توجد مجموعات متنوعة يسهل وصفها، ولا يمكن إثبات وجودها فيZF{\displaystyle {\mathsf {ZF}}}، ولكن يُفترض وجودها ضمنيًا من خلال بديهية الاختيار الكاملةأج{\displaystyle {\mathrm {AC} }}وبالتالي، فإن هذه البديهية مستقلة في حد ذاتها عنZF{\displaystyle {\mathsf {ZF}}}بل إنها تتعارض في الواقع مع بديهيات أخرى محتملة لنظرية المجموعات. علاوة على ذلك، فهي تتعارض أيضًا مع المبادئ البنائية في سياق نظرية المجموعات. كما أن النظرية التي لا تسمح بمبدأ الوسط المرفوع لا تُثبت صحة مبدأ وجود الدالة.أج{\displaystyle {\mathrm {AC} }}.

فيZF{\displaystyle {\mathsf {ZF}}}، الأج{\displaystyle {\mathrm {AC} }}يكافئ هذا القول أن لكل فضاء متجهي أساسًا . لذا ، بتعبير أدق، لننظر في مسألة وجود أساس هامل للأعداد الحقيقية فوق الأعداد النسبية . هذا الأمر صعب المنال بمعنى وجود احتمالات مختلفة.ZF{\displaystyle {\mathsf {ZF}}}النماذج التي تنفي وجودها وتؤكده. لذا، من المنطقي أيضًا افتراض أن الوجود لا يمكن استبعاده هنا، بمعنى أنه لا يمكن نفيه بشكل متسق. مرة أخرى، يمكن التعبير عن هذا الافتراض بأن مجموعة قواعد هاميل هذه غير فارغة. في نظرية بنائية، يكون هذا الافتراض أضعف من افتراض الوجود الصريح، ولكنه (بحكم التصميم) لا يزال قويًا بما يكفي لنفي جميع القضايا التي من شأنها أن تستلزم عدم وجود قاعدة هاميل.

نظرية النموذج

لأن المجموعات المأهولة هي نفسها المجموعات غير الفارغة في المنطق الكلاسيكي، فإنه لا يمكن إنتاج نموذج بالمعنى الكلاسيكي يحتوي على مجموعة غير فارغةX{\displaystyle X}لكنها لا تفي بـ "X{\displaystyle X}مأهولة بالسكان".

ومع ذلك، من الممكن بناء نموذج كريپكي من الدرجة الأولىم{\displaystyle M}وهذا ما يميز بين المفهومين. بما أن الاستلزام يكون صحيحًا في كل نموذج كريپكي إذا وفقط إذا كان قابلاً للإثبات في المنطق الحدسي، فإن هذا يثبت بالفعل أنه لا يمكن إثبات ذلك حدسيًا.X{\displaystyle X}"غير فارغ" يعني "X{\displaystyle X}مأهولة بالسكان".

انظر أيضاً

مراجع

  • د. بريدجز وف. ريتشمان. 1987. أنواع الرياضيات البنائية . مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-521-31802-0

تتضمن هذه المقالة مواد من مجموعة Inhabited على PlanetMath ، وهي مرخصة بموجب رخصة Creative Commons Attribution/Share-Alike .