公理化方法:数学与物理理论的基石
公理化集合论的起源
1908 年,策梅洛(Zermelo)发表了一套集合论公理,这标志着公理化集合论的开端。后来,亚伯拉罕·A·弗兰克尔(Abraham A. Fraenkel)对其进行了重要补充,形成了如今广泛用作数学基础的策梅洛 - 弗兰克尔集合论(Zermelo - Fraenkel Set Theory)。大量的研究成果已在该理论中得到证明,且尚未发现矛盾。
不过,公理化方法并非得到所有人的认可。从历史上看,一直有人抵制数学的形式化。20 世纪初的直觉主义运动就强烈反对这一做法,即便在今天,仍有数学家倾向于以非形式化的方式处理数学概念,他们认为像自然数这样的概念是每个人都清楚的,比逻辑更为基础。
公理化理论的应用场景
公理化理论主要有两种应用场景:
1. 描述一类结构 :通过公理可以定义各种结构类。例如,有序集由特定的几条公理定义,线性序是在有序集的基础上增加一条公理得到的子类。群也是一个重要的结构类,由特定公理定义,而交换群则是在群的基础上增加交换律公理得到的子类。
2. 描述单一结构 :我们希望公理化的单一结构主要是基本代数结构,如自然数、整数、有理数和实数。但公理化这些结构通常是一项艰巨的任务,其可行性取决于所使用的语言和逻辑。
许多重要的结构类是通过对标准结构进行推广得到的。例如,域的概念就是以实数结构的基本性质作为公理定义的;在几何中,平面几何以点和线为基本对象,通过关联关系的公理来描述,但这些公理并不能唯一描述欧几里得平面,还存在许多不同的结构,如有限的法诺平面(Fano plane)。
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