皮亚诺公理

皮亚诺公理(;),也称皮亚诺公设,是意大利数学家朱塞佩·皮亚诺提出的关于自然数的五条公理系统。根据这五条公理可以建立起一阶算术系统,也称皮亚诺算术系统。

内容
正确性,即排除与浅色不相关的深色骨牌的结构。]]

皮亚诺的这五条公理用非形式化方法叙述如下:

0是自然数;

每一个确定的自然数a,都有一个确定的后继数a' a' 也是自然数;

对于每个自然数bcb=c当且仅当b的后继数=c的后继数;

0不是任何自然数的后继数;

任意关于自然数的命题,如果证明:它对自然数0是真的,且假定它对自然数a为真时,可以证明对a* 也真。那么,命题对所有自然数都真。

其中,一个数的后继数指紧接在这个数后面的数,例如,0的后继数是1,1的后继数是2等等;公理5保证了数学归纳法的正确性,从而被称为归纳法原理。

若不将0视作自然数,则公理1,4,5中的“0”要换成“1”。

更正式的定义如下:

一个戴德金-皮亚诺结构为一满足下列条件的三元组(X, x, f):

*X是一集合,xX中一元素,fX到自身的映射。
*x不在f的值域内。(對應上面的公理4)
*f为一单射。(對應上面的公理3)
AX*的子集并满足:
**x属于A,且
*a属于A,则fa) 亦属于A*
:则A = X

正式定义可以用谓词逻辑表示如下:

戴德金-皮亚诺结构可以描述为满足所有以下条件的三元组 (S, f, e)

  • (e\in S)
  • (\forall a \in S)( f(a) \in S )
  • (\forall b \in S)(\forall c \in S)(f(b)=f(c)\implies b=c)
  • (\forall a \in S)( f(a) \neq e )
  • (\forall A\subseteq S)(((e\in A)\land(\forall a \in A)(f(a)\in A))\implies(A=S))

皮亚诺算术
皮亚诺算术(PA)的公理:
*\forall x(Sx \neq 0)。
*\forall x,y((Sx = Sy) \Rightarrow x=y)。
*(\varphi[0] \wedge \forall x(\varphi[x]\Rightarrow\varphi[Sx])) \Rightarrow \forall x(\varphi[x]),对于在 PA 的语言中的任何公式 \varphi。
*\forall x(x+0=x)。
*\forall x,y(x+Sy = S(x+y))。
*\forall x(x \cdot 0=0)。
*\forall x,y(x \cdot Sy = (x \cdot y) + x)。

参见

  • 自然数
  • 数学基础
  • 古德斯坦定理
  • 邏輯主義
  • 印符数论

参考资料
延伸阅读
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外部链接

  • Includes a discussion of Poincaré's critique of the Peano's axioms.

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  • Commentary on Dedekind's work.

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