Теория множеств: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Расширения
м Бот: оформление Ш:БРЭ
 
(не показано 216 промежуточных версий, сделанных более чем 100 участниками)
Строка 1: Строка 1:
'''Тео́рия мно́жеств''' — раздел [[математика|математики]], в котором изучаются общие свойства [[множество|множеств]] — совокупностей элементов произвольной природы, обладающих каким-либо общим свойством. Создана во второй половине XIX века [[Кантор, Георг Фердинанд Людвиг Филипп|Георгом Кантором]] при значительном участии [[Дедекинд, Юлиус Вильгельм Рихард|Рихарда Дедекинда]], привнесла в математику новое понимание природы [[Бесконечность|бесконечности]], была обнаружена глубокая связь теории с [[Формальная логика|формальной логикой]], однако уже в конце XIX — начале XX века теория столкнулась со значительными сложностями в виде возникающих ''[[Парадоксы теории множеств|парадоксов]]''{{переход|#Парадоксы}}, поэтому изначальная форма теории известна как ''наивная теория множеств''{{переход|#Наивная теория множеств}}. В XX веке теория получила существенное методологическое развитие, были созданы несколько вариантов ''аксиоматической теории множеств''{{переход|#Аксиоматическая теория множеств}}, обеспечивающие универсальный математический инструментарий, в связи с вопросами [[Измеримое множество|измеримости множеств]] тщательно разработана ''дескриптивная теория множеств''{{переход|#Дескриптивная теория множеств}}.
'''Тео́рия мно́жеств''' — раздел [[математика|математики]], в котором изучаются общие свойства [[множество|множеств]]. Теория множеств лежит в основе большинства математических дисциплин; она оказала глубокое влияние на понимание предмета самой математики.

Теория множеств стала основой многих разделов математики — [[Общая топология|общей топологии]], [[Общая алгебра|общей алгебры]], [[Функциональный анализ|функционального анализа]] и оказала существенное влияние на современное понимание предмета математики<ref>{{БСЭ3|автор=[[Александров, Павел Сергеевич|П. С. Александров]]|Множеств теория}} «<cite><…>явилась фундаментом ряда новых математических дисциплин (теории функций действительного переменного, общей топологии, общей алгебры, функционального анализа и др.) <…> оказала глубокое влияние на понимание самого предмета математики</cite>»</ref>. В первой половине XX века теоретико-множественный подход был привнесён и во многие традиционные разделы математики, в связи с чем стал широко использоваться в преподавании математики, в том числе в школах. Однако использование теории множеств для логически безупречного построения математических теорий осложняется тем, что она сама нуждается в обосновании своих методов рассуждения. Более того, все логические трудности, связанные с обоснованием математического учения о бесконечности, при переходе на точку зрения общей теории множеств приобретают лишь бо́льшую остроту<ref>{{книга
|часть =
|заглавие = Математический энциклопедический словарь
|оригинал =|автор =|ссылка =https://archive.org/details/libgen_00858224|isbn =
|страницы = [https://archive.org/details/libgen_00858224/page/n381 382]
|год = 1988
|место = М.
|издательство = [[Большая Российская энциклопедия (издательство)|«Сов. энциклопедия »]]
}}</ref>.

Начиная со второй половины XX века представление о значении теории и её влияние на развитие математики заметно снизились за счёт осознания возможности получения достаточно общих результатов во многих областях математики и без явного использования её аппарата, в частности, с использованием [[Теория категорий|теоретико-категорного]] инструментария (средствами которого в [[Теория топосов|теории топосов]] обобщены практически все варианты теории множеств). Тем не менее нотация теории множеств стала общепринятой во всех разделах математики вне зависимости от использования теоретико-множественного подхода. На идейной основе теории множеств в конце XX века создано несколько обобщений{{Переход|#Обобщения}}, в том числе [[теория нечётких множеств]], теория [[Мультимножество|мультимножеств]] (используемые в основном в приложениях), {{нп5|Полумножество|теория полумножеств|en|Semiset}} (развиваемая в основном чешскими математиками).

Ключевые понятия теории{{Переход|#Основные понятия}}: [[множество]] (совокупность объектов произвольной природы), отношение принадлежности элементов множествам, [[подмножество]], [[операции над множествами]], [[Отображение (математика)|отображение множеств]], [[взаимно-однозначное соответствие]], [[Мощность множества|мощность]] ([[Конечное множество|конечная]], [[Счётное множество|счётная]], [[Несчётное множество|несчётная]]), [[трансфинитная индукция]].
[[Файл:3D Cantor set.jpg|thumb|Одна из визуализаций трёхмерного варианта [[Канторово множество|канторова множества]] — [[Нигде не плотное множество|нигде не плотного]] [[Совершенное множество|совершенного]] множества]]


== История ==
== История ==

=== Предпосылки ===
Множества, в том числе и бесконечные, в неявной форме фигурировали в математике со времён [[Математика в Древней Греции|Древней Греции]]: например, в том или ином виде рассматривались отношения включения множеств всех [[Рациональное число|рациональных]], [[Целое число|целых]], [[Натуральное число|натуральных]], нечётных, [[Простое число|простых чисел]]. Зачатки идеи о равномощности множеств встречаются у [[Галилей, Галилео|Галилея]]: рассуждая о соответствии между числами и их [[Квадрат (число)|квадратами]], он обращает внимание на неприменимость аксиомы «целое больше части» к бесконечным объектам ([[парадокс Галилея]]){{Sfn|Бурбаки|1963|с=39}}.

Первое представление об актуально бесконечном множестве относят к работам [[Гаусс, Карл Фридрих|Гаусса]] начала 1800-х годов, опубликованным в его «[[Арифметические исследования (Гаусс)|Арифметических исследованиях]]»<ref>{{книга
|автор = [[Гаусс, Карл Фридрих|C. F. Gauss]]
|заглавие = Disquititiones arithmeticae
|место = [[Лейпциг|Lipsiae]]
|издательство =
|год = 1801
|страниц =
}}</ref>, в которых, вводя сравнения на множестве рациональных чисел, он обнаруживает классы эквивалентности ([[Класс вычетов|классы вычетов]]) и разбивает всё множество на эти классы, отмечая их бесконечность и взаимное соответствие, рассматривает бесконечное множество решений <math>ax + b \equiv 0 \pmod n</math> как единую совокупность, классифицирует бинарные [[Квадратичная форма|квадратичные формы]] (<math>ax^2 + 2bxy + cy^2</math>) в зависимости от [[Определитель|определителя]] и рассматривает этот бесконечный набор классов как бесконечные совокупности объектов нечисловой природы, предполагает возможность выбирать из классов эквивалентностей по одному объекту-представителю всего класса{{Sfn|Медведев|1965|с=15—17}}: использует методы, характерные для теоретико-множественного подхода, не использовавшиеся явно в математике до XIX века. В более поздних работах Гаусс, рассматривая совокупность комплексных чисел с рациональными вещественной и мнимой частью, говорит о вещественных, положительных, отрицательных, чисто мнимых целых числах как её подмножествах{{Sfn|Медведев|1965|с=22—23}}. Однако бесконечные множества или классы как самостоятельные объекты исследования Гауссом явно не выделялись, более того, Гауссу принадлежат высказывания против возможности использования актуальной бесконечности в математических доказательствах{{Sfn|Медведев|1965|с=24}}.

Более отчётливое представление о бесконечных множествах проявляется в работах [[Дирихле, Петер Густав Лежён|Дирихле]], в курсе лекций 1856—1857 годов<ref>{{книга
|автор = [[Дирихле, Петер Густав Лежён|P. G. Lejuen Dirichlet]]
|заглавие = Vorlesungen über Zahlentheorie
|место = Braunschweig
|издательство =
|год = 1863
|страниц =
}}, курс к изданию готовил [[Дедекинд, Юлиус Вильгельм Рихард|Дедекинд]], уже после смерти Дирихле</ref>, построенном на основе гауссовых «Арифметических исследований». В работах [[Галуа, Эварист|Галуа]], [[Шёман, Вильгот|Шёмана]] и [[Серре, Жозеф Альфред|Серре]] по теории функциональных сравнений 1820—1850-х годов также намечаются элементы теоретико-множественного подхода, которые обобщил [[Дедекинд, Юлиус Вильгельм Рихард|Дедекинд]] в 1857 году, явно сформулировавший в качестве одного из выводов необходимость рассмотрения целой системы бесконечно многих сравнимых чисел как единого объекта, общие свойства которого равным образом присущи всем его элементам, а систему бесконечно многих несравнимых классов уподобляет ряду целых чисел{{Sfn|Медведев|1965|с=24—27}}. Отдельные понятия теории множеств можно встретить в трудах [[Штейнер, Якоб|Штейнера]] и [[Штаудт, Карл Георг Христиан|Штаудта]] 1830—1860-х годов по [[Проективная геометрия|проективной геометрии]]: практически весь предмет в значительной степени зависит от представления о [[Взаимно-однозначное отображение|взаимно-однозначном соответствии]], ключевом для теории множеств, однако в проективной геометрии на такие соответствия накладывались дополнительные ограничения (сохранение некоторых геометрических [[Соотношение|соотношений]]). В частности, Штейнер явно вводит понятие несчётного множества для множества точек на прямой и множества лучей в пучке и оперирует с их несчётными подмножествами, а в работе 1867 года вводит понятие мощности как характеристики множеств, между которыми возможно установить проективное соответствие (Кантор позднее указывал, что заимствовал само понятие и термин у Штейнера, обобщив проективное соответствие до взаимно-однозначного){{Sfn|Медведев|1965|с=28—32}}.

Наиболее близкие к наивной теории множеств Кантора представления содержатся в трудах [[Больцано, Бернард|Больцано]]{{Sfn|Медведев|1965|с=74—77}}, прежде всего, в работе {{нп5|Парадоксы бесконечного|«Парадоксы бесконечного»|en|The Paradoxes of the Infinite}}, опубликованной после смерти автора в [[1851 год в науке|1851 году]], в которой рассматриваются произвольные числовые множества, и для их сравнения явно определено понятие [[Взаимно-однозначное отображение|взаимно-однозначного соответствия]], и сам термин «множество» ({{lang-de|menge}}) также впервые систематически использован в этой работе. Однако, работа Больцано носит в большей степени философский характер, нежели математический, в частности, в ней нет чёткого разграничения между мощностью множества и понятием величины или порядка бесконечности, и сколь-нибудь формальной и целостной математической теории в этих представлениях нет{{Sfn|Бурбаки|1963|с=39—40}}. Наконец, теории вещественного числа [[Вейерштрасс, Карл|Вейерштрасса]], Дедекинда и [[Мерэ, Шарль|Мерэ]], созданные в конце 1850-х годов и опубликованные в начале 1860-х во многом перекликаются с идеями наивной теории множеств в том смысле, что рассматривают [[Континуум (теория множеств)|континуум]] как множество, образованное из [[Рациональное число|рациональных]] и [[Иррациональное число|иррациональных]] точек{{Sfn|Медведев|1965|с=61—67}}.


=== Наивная теория множеств ===
=== Наивная теория множеств ===
{{falseredirect|Наивная теория множеств}}
Первый набросок теории множеств принадлежит [[Больцано, Бернард|Бернарду Больцано]] («Парадоксы бесконечного», 1850). В этой работе рассматриваются произвольные (числовые) множества, и для их сравнения определено понятие [[Взаимно-однозначное отображение|взаимно-однозначного соответствия]].
[[Файл:Georg Cantor3.jpg|thumb|Георг Кантор в 1870 году]]
[[Файл:Diagonal argument.svg|thumb|Схема доказательства счётности множества рациональных чисел]]
[[Файл:Cantor-bernstein.svg|thumb|Схематическая идея доказательства теоремы Кантора — Бернштейна]]
Основным создателем теории множеств в ''наивном'' её варианте является немецкий математик [[Кантор, Георг|Георг Кантор]], к созданию абстракции точечного множества подтолкнули работы 1870—1872 годов по развитию теории [[Тригонометрический ряд|тригонометрических рядов]] (продолжавшие труды [[Риман, Георг Фридрих Бернхард|Римана]]), в которых ввёл понятие [[Предельная точка|предельной точки]], близкое к современному{{Sfn|Медведев|1965|с=86—87}} и пытался с его помощью классифицировать «исключительные множества» (множества точек расходимости ряда, возможно бесконечные){{Sfn|Бурбаки|1963|c=40}}. Заинтересовавшись вопросами равномощности множеств, в [[1873 год в науке|1873 году]] Кантор обнаружил [[Счётное множество|счётность]] множества [[Рациональное число|рациональных чисел]] и {{нп5|Первое доказательство несчётности множества вещественных чисел|решает отрицательно|en|Cantor's first uncountability proof}} вопрос о равномощности множеств [[Целое число|целых]] и [[Вещественное число|вещественных чисел]] (последний результат опубликовал в 1874 году по настоянию [[Вейерштрасс, Карл|Вейерштрасса]]{{Sfn|Медведев|1965|с=94—95}}{{Sfn|Кантор|1985|с=18—21|loc=2. Об одном свойстве совокупности всех алгебраических чисел. Оригинал: [http://www.digizeitschriften.de/main/dms/img/?PPN=GDZPPN002155583 Über eine Eigenschaft des Inbegriffes aller reellen algebraischen Zahlen.] — Journal für die Reine und Angewandte Mathematik, 77 (1874), p. 258—262}}. В [[1877 год в науке|1877 году]] Кантор доказал взаимно-однозначное соответствие между [[Вещественное число|<math>\R</math>]] и <math>\R^n</math> (для любого <math>n>0</math>). Первыми результатами Кантор делился в переписке с Дедекиндом и Вейерштрассом, которые отвечали благосклонной критикой и замечаниями к доказательствам, и начиная с [[1879 год в науке|1879 года]] вплоть до 1884 года опубликовал шесть статей в [[Mathematische Annalen]] с результатами исследований бесконечных точечных множеств{{Sfn|Кантор|1985|с=40—141|loc=5. О бесконечных линейных точечных многообразиях. Оригинал: Über unendliche, lineare Punktmannichfahltigkeiten. — Mathematische Annalen, Bd. 15 (1879), 17 (1880), 20 (1882), 21 (1883), 23 (1884)}}{{sfn|Бурбаки|1963|c=40—41}}.


В [[1877 год в науке|1877 году]] Дедекинд опубликовал статью «О числе классов идеалов конечного поля», в которой явно в символическом виде использовались операции со множествами — [[Поле (алгебра)|полями]], [[Модуль над кольцом|модулями]], [[Идеал (алгебра)|идеалами]], [[Кольцо (алгебра)|кольцами]], — отношение включения (со знаками «<» и «>»), объединение (со знаком «+») и пересечение (с инфиксом «−»), и, кроме того, фактически описана алгебра множеств с присущей ей [[Принцип двойственности (теория множеств)|двойственностью]] операций объединения и пересечения; в обозначениях Дедекинда:
В [[1870 год в науке|1870 году]] немецкий математик [[Кантор, Георг Фердинанд Людвиг Филипп|Георг Кантор]] разработал свою программу стандартизации математики, в рамках которой любой математический объект должен был оказываться тем или иным «множеством». Этот подход изложен в двух его статьях, опубликованных в 1879—1897 годах в&nbsp;известном немецком журнале «Математические анналы» ({{lang-de|[[Mathematische Annalen|«Mathematische Annalen»]]}}).<ref>''Georg Cantor'', Ueber unendliche, lineare Punktmannichfahltigkeiten. — Mathematische Annalen, Bd. 15 (1879), 17 (1880), 20 (1882), 21 (1883), 23 (1884).<br/>''Georg Cantor'', Beiträge zur Begründung der transfiniten Mengenlehre. — Mathematische Annalen, Bd. 46 (1895), 49 (1895). (Имеется русский перевод: ''Кантор Г.'' Труды по теории множеств. М.: Наука, 1985.)</ref> Например, натуральное число, по Кантору, следовало рассматривать как множество, состоящее из единственного элемента другого множества, называемого «натуральным рядом» — который, в свою очередь, сам представляет собой множество, удовлетворяющее так называемым [[Аксиомы Пеано|аксиомам Пеано]]. При этом общему понятию «множества», рассматривавшемуся им в качестве центрального для математики, Кантор давал мало что определяющие определения вроде «множество есть многое, мыслимое как единое», и т. д. Это вполне соответствовало умонастроению самого Кантора, подчёркнуто называвшего свою программу не «теорией множеств» (этот термин появился много позднее), а ''учением'' о множествах (''Mengenlehre''){{нет АИ|28|12|2009}}.
: <math>(A+B)-(A+C) = A + (B - (A+C))</math>,
: <math>(A-B)+(A-C) = A - (B + (A-C))</math>,
в последующих своих работах многократно используя этот результат{{Sfn|Медведев|1965|с=103—105}}. В публикации [[1878 год в науке|1878 года]] о равномощности континуумов разного числа измерений Кантор использовал теоретико-множественные операции, ссылаясь на работу Дедекинда. Кроме того, в этой же работе впервые в явном виде введено понятие [[Мощность множества|мощности множества]], доказана счётность всякого бесконечного подмножества счётного множества, а конечные поля [[Алгебраическое число|алгебраических чисел]] предложены как примеры счётных множеств. Результат Кантора о равномощности континуумов разного числа измерений привлёк широкое внимание математиков, и уже в том же году последовало несколько работ ({{нп5|Люрот, Якоб|Люрот|de|Jacob Lüroth}}, {{нп5|Томе, Карл|Томе|de|Carl Johannes Thomae}}, [[Нетто, Ойген|Нетто]]) с неудачными попытками доказательства невозможности одновременной непрерывности и взаимной однозначности отображения континуумов различных размерностей{{Sfn|Медведев|1965|с=107—110}} (точное доказательство этого факта дал [[Брауэр, Лёйтзен Эгберт Ян|Брауэр]] в 1911 году).


В [[1880 год в науке|1880 году]] Кантор сформулировал две ключевых идеи теории множеств — понятие о [[Пустое множество|пустом множестве]] и метод [[Трансфинитная индукция|трансфинитной индукции]]. Начиная с 1881 года методами Кантора начинают пользоваться другие математики: [[Вольтерра, Вито|Вольтерра]], [[Дюбуа-Реймон, Поль Давид Густав|Дюбуа-Реймон]], [[Бендиксон, Ивар Отто|Бендиксон]], [[Гарнак, Аксель|Гарнак]], в основном в связи с вопросами об [[интеграл|интегрируемости]] функций{{Sfn|Медведев|1965|с=113—117}}. В работе [[1883 год в науке|1883 года]] Кантор дал исторически первое формальное определение континуума, используя введённые им понятия [[Совершенное множество|совершенного множества]] и [[Плотность множества|плотности множества]] (отличающиеся от современных, используемых в [[Общая топология|общей топологии]], но принципиально сходных с ними), а также построил классический пример [[Нигде не плотное множество|нигде не плотного]] совершенного множества (известный как [[канторово множество]]){{Sfn|Медведев|1965|с=126—131}}, а также в явном виде сформулировал [[Континуум-гипотеза|континуум-гипотезу]] (предположение об отсутствии промежуточных мощностей между счётным множеством и континуумом, её недоказуемость в рамках [[ZFC]] показана [[Коэн, Пол Джозеф|Коэном]] в [[1963 год в науке|1963 году]]).
Программа Кантора вызвала резкие протесты со стороны многих современных ему крупных математиков. Особенно выделялся своим непримиримым к ней отношением [[Кронекер, Леопольд|Леопольд Кронекер]], полагавший, что математическими объектами могут считаться лишь натуральные числа и то, что к ним непосредственно сводится (известна его фраза о том, что «бог создал натуральные числа, а всё прочее — дело рук человеческих»). Полностью отвергли теорию множеств и такие авторитетные математики, как [[Герман Шварц]] и [[Анри Пуанкаре]]. Тем не менее, другие крупные математики — в частности, [[Готлоб Фреге]], [[Дедекинд, Юлиус Вильгельм Рихард|Рихард Дедекинд]] и [[Гильберт, Давид|Давид Гильберт]] — поддержали Кантора в его намерении перевести всю математику на теоретико-множественный язык. В частности, теория множеств стала фундаментом [[Теория меры|теории меры и интеграла]], [[Топология|топологии]] и [[Функциональный анализ|функционального анализа]].


С 1885—1895 годы работы по созданию наивной теории множеств получили развитие прежде всего в трудах Дедекинда (Кантор в течение этих 10 лет опубликовал лишь одну небольшую работу из-за болезни). Так, в книге «Что такое числа и для чего они служат?»<ref>{{книга
Однако вскоре выяснилось, что установка [[Кантор, Георг Фердинанд Людвиг Филипп|Кантора]] на неограниченный произвол при оперировании с бесконечными множествами (выраженный им самим в принципе «сущность математики состоит в её свободе») является изначально порочной. А именно, был обнаружен ряд теоретико-множественных [[Парадоксы теории множеств|антиномий]]: оказалось, что при использовании теоретико-множественных представлений некоторые утверждения могут быть доказаны вместе со своими отрицаниями (а тогда, согласно правилам [[Логика высказываний|классической логики высказываний]], может быть «доказано» абсолютно любое утверждение).
|автор = Dedekind, R.
|заглавие = Was sind und was sollen die Zahlen?
|оригинал =
|ссылка = http://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView?pn=1&url=%2Fmpiwg%2Fonline%2Fpermanent%2Feinstein_exhibition%2Fsources%2F8GPV80UY%2Fpageimg&viewMode=images&tocMode=thumbs&tocPN=1&searchPN=1&mode=imagepath&characterNormalization=reg&queryPageSize=10
|викитека =
|место = Braunschweig
|издательство = Drud und Berlag von Friedrich Bieweg
|год = 1893
|allpages = 60
|тираж =
|archive-date = 2013-05-13
|archive-url = https://web.archive.org/web/20130513162427/http://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView?pn=1&url=%2Fmpiwg%2Fonline%2Fpermanent%2Feinstein_exhibition%2Fsources%2F8GPV80UY%2Fpageimg&viewMode=images&tocMode=thumbs&tocPN=1&searchPN=1&mode=imagepath&characterNormalization=reg&queryPageSize=10
}}</ref> (где также впервые построена аксиоматизация арифметики, известная как [[арифметика Пеано]]) систематически изложены полученные к тому времени результаты теории множеств в наибольшей общности — для множеств произвольной природы (не обязательно числовых), бесконечное множество определено как взаимнооднозначное с частью себя, впервые сформулирована [[теорема Кантора — Бернштейна]]<ref>Доказана независимо [[Шрёдер, Эрнст|Эрнстом Шрёдером]] и [[Бернштейн, Феликс|Феликсом Бернштейном]] в 1897 году</ref>, изложена алгебра множеств и установлены свойства теоретико-множественных операций{{Sfn|Медведев|1965|с=144—157|loc=14. «Что такое числа и для чего они служат?» Р. Дедекинда}}. [[Шрёдер, Эрнст|Шрёдер]] в [[1895 год в науке|1895 году]] обратил внимание на совпадение алгебры множеств и [[Логика высказываний|исчисления высказываний]], тем самым была установлена глубокая связь между [[Математическая логика|математической логикой]] и теорией множеств.


В 1895—1897 годы Кантор опубликовал цикл из двух работ, в целом завершающий создание наивной теории множеств{{Sfn|Кантор|1985|с=173—245|loc=10. К обоснованию учения о трансфинитных множествах. Оригинал: Beiträge zur Begründung der transfiniten Mengenlehre. — Mathematische Annalen, Bd. 46 (1895) p. 481—512; Bd. 49 (1897), p. 207—246}}{{Sfn|Медведев|1965|с=171—178|loc=17. Новый взлёт Кантора}}.
После обнаружения антиномии Рассела часть математиков (например, [[Брауэр, Лейтзен Эгберт Ян|Л. Э. Я. Брауэр]] и его школа) решила полностью отказаться от использования теоретико-множественных представлений. Другая же часть математиков, возглавленная [[Гильберт, Давид|Д. Гильбертом]], предприняла ряд попыток строго обосновать ту часть теоретико-множественных представлений, которая казалась им наиболее ответственной за возникновение антиномий, на основе заведомо надёжной [[финитная математика|финитной математики]]. Логический аппарат усовершенствовал [[Бертран Рассел]] в работах, позднее собранных в его монографии «Начала математики» (1910-1913). В 1904-1908 гг. [[Цермело, Эрнст|Эрнст Цермело]] предложил первую версию [[Аксиоматическая теория множеств|аксиоматической теории множеств]].


С начала 1880-х годов, прежде всего, после публикации идей о трансфинитной индукции, теоретико-множественный подход встретил острое неприятие многими крупными математиками того времени, основными оппонентами в то время были [[Герман Шварц]] и, в наибольшей степени, [[Кронекер, Леопольд|Леопольд Кронекер]], полагавший, что математическими объектами могут считаться лишь натуральные числа и то, что к ним непосредственно сводится (известна его фраза о том, что <cite>«бог создал натуральные числа, а всё прочее — дело рук человеческих»</cite>). Серьёзная дискуссия развернулась и в среде теологов и философов относительно теории множеств, в основном критически относившихся к идеям об актуальной бесконечности и количественных различиях в этом понятии{{Sfn|Медведев|1965|с=133—137}}. Тем не менее к концу 1890-х годов теория множеств стала общепризнанной, во многом этому способствовали доклады [[Адамар, Жак|Адамара]] и [[Гурвиц, Адольф|Гурвица]] на [[Международный конгресс математиков#Первый конгресс|Первом международном конгрессе математиков]] в Цюрихе ([[1897 год в науке|1897]]), в которых были показаны примеры успешного использования теории множеств в [[Математический анализ|анализе]], а также широкое применение теоретико-множественного инструментария уже имевшим значительное влияние в математическом сообществе [[Гильберт, Давид|Гильбертом]]{{Sfn|Бурбаки|1963|с=44,49|loc=''«Никто не сможет изгнать нас из рая, созданного для нас Кантором»'' — говорит Гильберт в «Основаниях геометрии», изданных в 1899 году}}.
=== Аксиоматическая теория множеств ===
Особенностью аксиоматического подхода является отказ от лежащего в основе программы Кантора представления о действительном существовании множеств в некотором идеальном мире. В рамках аксиоматических теорий множества «существуют» исключительно формальным образом, и их «свойства» могут существенно зависеть от выбора аксиоматики. Этот факт всегда являлся мишенью для критики со стороны тех математиков, которые не соглашались (как на том настаивал Гильберт) признать математику лишённой всякого содержания игрой в символы. В частности, [[Лузин, Николай Николаевич|Н. Н. Лузин]] писал, что «мощность континуума, если только мыслить его как множество точек, есть единая некая реальность», место которой в ряду кардинальных чисел не может зависеть от того, признаётся ли в качестве аксиомы [[Континуум-гипотеза|континуум-гипотеза]], или же её отрицание.


=== Парадоксы ===
В настоящее время наиболее распространённой аксиоматической теорией множеств является ZFC — [[теория Цермело — Френкеля]] с [[Аксиома выбора|аксиомой выбора]]. Вопрос о непротиворечивости этой теории (а тем более — о существовании модели для неё) остаётся нерешённым.
{{Main|Парадоксы теории множеств}}
Размытость понятия множества в наивной теории, при которой допускалось построение множеств лишь по признаку сбора всех объектов, обладающих каким-либо свойством, привела к тому, что в период 1895—1925 годов была обнаружена значительная серия противоречий, внесшая серьёзные сомнения в возможность использования теории множеств как фундаментального инструмента, ситуация получила известность как «[[кризис оснований математики]]»{{Sfn|Бурбаки|1963|с=44—53|loc=Парадоксы теории множеств и кризис оснований}}.


Противоречие, к которому приводит рассмотрение множества всех [[Порядковое число|порядковых чисел]] впервые обнаружено Кантором в [[1895 год в науке|1895 году]]<ref>Не опубликовано, сообщено в письме Гильберту</ref>, переоткрыто и впервые опубликовано {{не переведено 2|Бурали-Форти, Чезаре|Бурали-Форти|it|Cesare Burali-Forti}} в [[1897 год в науке|1897 году]], и стало известно как [[парадокс Бурали-Форти]]{{Sfn|Медведев|1965|с=177—179}}. В 1899 году в письме Дедекинду Кантор впервые говорит о противоречивости [[Универсум (математика)|универсума]] как множества всех множеств, так как множество всех его подмножеств должно было бы быть равномощно самому себе, не удовлетворяя принципу <math>\mathfrak m < 2^{\mathfrak m}</math>{{Sfn|Бурбаки|1963|с=44}}, впоследствии эта антиномия стала известна как [[парадокс Кантора]]. В дальнейшей переписке Кантор предложил рассматривать собственно множества ({{lang-de|mengen}}), которые могут быть мыслимы как единый объект, и «многообразия» ({{lang-de2|vielheiten}}) для сложных конструкций, в том или ином виде эта идея нашла отражения в некоторых поздних аксиоматизациях и обобщениях{{Sfn|Бурбаки|1963|с=46}}.
Не всеми математиками аксиома выбора принимается безоговорочно. Так, например [[Борель, Эмиль|Эмиль Борель]] и [[Лебег, Анри Леон|Анри Лебег]] считают, что доказательства, полученные при помощи этой аксиомы, имеют другую познавательную ценность, чем доказательства, независимые от неё. Другие же математики, такие как [[Хаусдорф, Феликс|Феликс Хаусдорф]] и [[Френкель, Адольф|Адольф Френкель]], принимают аксиому выбора безоговорочно, признавая за ней ту же степень очевидности, что и за другими аксиомами Цермело — Френкеля.<ref>{{книга|автор=[[Куратовский, Казимир|К.&nbsp;Куратовский]], [[Мостовский, Анджей|А.&nbsp;Мостовский]]|заглавие=Теория множеств|ответственный=Перевод с английского М.&nbsp;И.&nbsp;Кратко под редакцией А.&nbsp;Д.&nbsp;Тайманова|место=М.|издательство=Мир|год=1970|страницы=61}}.</ref>

Наиболее значительным противоречием, повлиявшим на дальнейшее развитие теории множеств и оснований математики в целом стал [[парадокс Рассела]], обнаруженный около [[1901 год в науке|1901 года]] [[Рассел, Бертран|Бертраном Расселом]] и опубликованный в [[1903 год в науке|1903 году]] в монографии «[[Principia Mathematica|Основания математики]]». Суть парадокса в противоречии при рассмотрении вопроса о принадлежности самому себе множества всех множеств, не включающих себя. Кроме того, примерно к тому же времени относится обнаружение таких антиномий как [[парадокс Ришара]], [[парадокс Берри]] и [[парадокс Греллинга — Нельсона]], показывающих противоречия при попытках использования [[Самореференция|самореференции]] свойств элементов при построении множеств.

В результате осмысления возникших парадоксов в сообществе математиков возникло два направления по разрешению возникших проблем: формализация теории множеств посредством подбора [[Формальная система|системы аксиом]], обеспечивающей [[непротиворечивость]] при сохранении инструментальной мощи теории, второе — исключение из рассмотрения всех не поддающихся интуитивному осмыслению конструкций и методов. В рамках первого направления, начатого [[Цермело, Эрнст|Цермело]], [[Гильберт, Давид|Гильбертом]], [[Бернайс, Пауль|Бернайсом]], [[Хаусдорф, Феликс|Хаусдорфом]], было создано несколько вариантов ''аксиоматической теории множеств''{{Переход|#Аксиоматическая теория множеств}} и за счёт довольно искусственных ограничений преодолены основные противоречия. Второе направление, основным выразителем которого был [[Брауэр, Лёйтзен Эгберт Ян|Брауэр]], породило новое направление в математике — [[интуиционизм]], и в той или иной мере оно было поддержано [[Пуанкаре, Анри|Пуанкаре]], [[Лебег, Анри Леон|Лебегом]], [[Борель, Эмиль|Борелем]], [[Вейль, Герман|Вейлем]].

=== Аксиоматические теории множеств ===
{{falseredirect|Аксиоматическая теория множеств}}
Первую аксиоматизацию теории множеств в [[1908 год в науке|1908 году]] опубликовал [[Цермело, Эрнст|Цермело]], центральную роль в исключении парадоксов в этой системе должна была сыграть «аксиома селекции» ({{lang-de|Aussonderung}}), согласно которой от свойства <math>P(x)</math> только тогда можно образовать множество <math>\{ x \mid P(x) \}</math>, если из <math>P(x)</math> следует отношение вида <math>x \in A</math>{{Sfn|Бурбаки|1963|c=46}}. В [[1922 год в науке|1922 году]] благодаря работам [[Скулем, Туральф|Скулема]] и [[Френкель, Адольф|Френкеля]] система на базе аксиом Цермело была окончательно сформирована, включив аксиомы [[аксиома объёмности|объёмности]], [[аксиома пустого множества|существования пустого множества]], [[аксиома пары|пары]], [[аксиома суммы|суммы]], [[аксиома степени|степени]], [[аксиома бесконечности|бесконечности]] и с вариантами с [[Аксиома выбора|аксиомой выбора]] и без неё. Эти аксиоматики получили наибольшее распространение и известны как [[теория Цермело — Френкеля]], система с аксиомой выбора обозначается ZFC, без аксиомы выбора — ZF.

Особая роль аксиомы выбора связана с её интуитивной неочевидностью и заведомым отсутствием эффективного способа определения множества, собранного из элементов семейства. В частности [[Борель, Эмиль|Борель]] и [[Лебег, Анри Леон|Лебег]] считали, что доказательства, полученные с её применением, имеют другую познавательную ценность, нежели доказательства, независимые от неё, тогда как Гильберт и [[Хаусдорф, Феликс|Хаусдорф]] принимали её безоговорочно, признавая за ней не меньшую степень очевидности, что и за другими аксиомами ZF{{Sfn|Куратовский, Мостовский|1970|c=61}}.

Другой получивший распространение вариант аксиоматизации теории множеств был разработан [[Нейман, Джон фон|фон Нейманом]] в [[1925 год в науке|1925 году]], формализован в 1930-е годы [[Бернайс, Пауль|Бернайсом]], и упрощён [[Гёдель, Курт|Гёделем]] в [[1940 год в науке|1940 году]] (в работе по доказательству независимости континуум-гипотезы от аксиомы выбора), окончательный вариант получил известность как [[система аксиом фон Неймана — Бернайса — Гёделя]] и обозначение NBG{{Sfn|Бурбаки|1963|c=46—47}}.

Существует ряд прочих аксиоматизаций, среди них {{iw|система Морса — Келли||en|Morse–Kelley set theory}} (MK), {{iw|система Крипке — Платека||en|Kripke–Platek set theory}}, {{iw|система Тарского — Гротендика||en|Tarski–Grothendieck set theory}}.

=== Дескриптивная теория множеств ===
{{Falseredirect|Дескриптивная теория множеств}}
В начале XX века в работах [[Лебег, Анри Леон|Лебега]], [[Бэр, Рене-Луи|Бэра]], [[Борель, Эмиль|Бореля]] исследованы вопросы [[Измеримое множество|измеримости множеств]]. На основе этих работ в 1910—1930 годы разработана '''теория дескриптивных множеств''', систематически изучающая внутренние свойства множеств, построенных теоретико-множественными операциями из объектов относительно простой природы — [[Открытое множество|открытых]] и [[Замкнутое множество|замкнутых]] множеств [[Евклидово пространство|евклидова пространства]], [[Метрическое пространство|метрических пространств]], [[Метризуемое пространство|метризуемых]] топологических пространств [[Вторая аксиома счётности|со счётной базой]]. Основной вклад в создание теории внесли [[Лузин, Николай Николаевич|Лузин]], [[Александров, Павел Сергеевич|Александров]], [[Суслин, Михаил Яковлевич|Суслин]], [[Хаусдорф, Феликс|Хаусдорф]]. С 1970-х годов разрабатываются обобщения дескриптивной теории множеств на случай более общих [[Топологическое пространство|топологических пространств]].


== Основные понятия ==
== Основные понятия ==
[[Файл:Venn diagram showing Greek, Latin and Cyrillic letters.svg|thumb|[[Диаграмма Венна]], показывающая все пересечения [[Графема|графем]] заглавных букв [[Греческий алфавит|греческого]], [[Русский алфавит|русского]] и [[Латинский алфавит|латинского]] алфавитов]]
В основе теории множеств лежат первичные понятия: [[Множество|''множество'']] и отношение ''быть элементом'' множества (обозначается как <math>x \in A</math><ref>Символ <math>\in</math> (от {{lang-el|εστι}} — «быть») введён итальянским математиком [[Пеано, Джузеппе|Джузеппе Пеано]].</ref> — «x есть элемент множества A»). Среди производных понятий наиболее важны следующие:
[[Файл:Cartesian Product qtl1.svg|thumb|Декартово произведение <math>\{x,y,z\} \times \{1,2,3\}</math>]]
* [[Пустое множество|''пустое множество'']];
В основе теории множеств лежат первичные понятия: [[множество]] и отношение принадлежности множества (обозначается как <math>x \in A</math><ref>Символ <math>\in</math> (от {{lang-el|εστι}} — «быть») введён [[Пеано, Джузеппе|Пеано]].</ref> — «<math>x</math> есть элемент множества <math>A</math>», «<math>x</math> принадлежит множеству <math>A</math>»). [[Пустое множество]], обычно обозначается символом <math>\varnothing</math> — множество, не содержащее ни одного элемента. [[Подмножество]] и [[надмножество]] — соотношения включения одного множества в другое (обозначаются соответственно <math>A \subseteq B</math> и <math>A \supseteq B</math> для нестрогого включения и <math>A \subset B</math> и <math>A \supset B</math> — для строгого).
* [[Подмножество|''подмножество'']] и [[Надмножество|''надмножество'']];
* [[Семейство множеств|семейство множеств]];
* [[Универсальное множество|''пространство'' (''Универсум'')]];
* [[Конституента|''конституента'']].


Над множествами определены следующие [[Операции над множествами|операции]]:
Над множествами определены следующие операции:
* [[Объединение множеств|''объединение'' (или ''сумма'')]] (обозначается как <math>A \cup B</math>);
* [[Объединение множеств|объединение]], обозначается как <math>A \cup B</math> — множество, содержащее все элементы из <math>A</math> и <math>B</math>,
* [[Разность множеств|''разность'']] (обозначается как <math>A \setminus B,</math> реже <math>A - B\,</math>);
* [[Разность множеств|разность]], обозначается как <math>A \setminus B</math>, реже <math>A - B</math> — множество элементов <math>A</math>, не входящих в <math>B</math>,
* [[Дополнение множества|''дополнение'']] (обозначается как <math>\setminus A,</math> или <math>-A\,</math>);
* [[Дополнение множества|дополнение]], обозначается как <math>\setminus A</math> или <math>-A</math> — множество всех элементов, не входящих в <math>A</math> (в системах, использующих [[универсальное множество]]),
* [[Пересечение множеств|''пересечение'' (или ''произведение'')]] (обозначается как <math>A \cap B</math>);
* [[Пересечение множеств|пересечение]], обозначается как <math>A \cap B</math> — множество из элементов, содержащихся как в <math>A</math>, так и в <math>B</math>,
* [[Симметрическая разность|''симметрическая разность'']] (обозначается как <math>A\,\triangle\,B,</math> реже <math>A\,\dot{-}\,B</math>).
* [[симметрическая разность]], обозначается как <math>A \bigtriangleup B</math>, реже <math>A\;\;\!\!\dot{-}\;\;\!\!B</math> — множество элементов, входящих только в одно из множеств — <math>A</math> или <math>B</math>.


Объединение и пересечение также часто рассматривают над семействами множеств, обозначаются <math>\bigcup \mathfrak A</math> и <math>\bigcap \mathfrak A</math> и составляют, соответственно, объединение всех множеств, входящих в семейство <math>\mathfrak A</math> и пересечение всех множеств, входящих в семейство.
Для множеств определены следующие [[Бинарное отношение|бинарные отношения]]:
* [[Равенство множеств|отношение ''равенства'']] (обозначается как <math>A = B\,</math>);
* [[Подмножество|отношение ''включения'']] (обозначается как <math>A \subset B</math>).


Объединение и пересечение [[Коммутативность|коммутативны]], [[Ассоциативность (математика)|ассоциативны]] и [[Идемпотентность|идемпотентны]]. В зависимости от выбора системы аксиом и наличия дополнения алгебра множеств (относительно объединения и пересечения) может образовывать [[Дистрибутивная решётка|дистрибутивную решётку]], [[Полная решётка|полную]] дистрибутивную решётку, [[Булева алгебра|булеву алгебру]]. Для визуализации операций над множествами используются [[Диаграмма Венна|диаграммы Венна]].
==Расширения==
{{main|Теория комплектов}}


[[Декартово произведение]] множеств <math>A</math> и <math>B</math> — множество всех упорядоченных пар элементов из <math>A</math> и <math>B</math>: <math>A \times B = \{(x, y) \mid x \in A \land y \in B \}</math>. [[Отображение]] <math>f</math> множества <math>A</math> в множество <math>B</math> теории множеств рассматривается как [[бинарное отношение]] — подмножество <math>A \times B</math> — с условием единственности соответствия первого элемента второму: <math>(x, y) \in f \Rightarrow \forall z \neq y ((x,z) \notin f)</math>.
Теория комплектов - естественное расширение теории множеств. подобно множеству, комплект - набор элементов из некоторой области. Отличие от множества: комплекты допускают присутствие ''нескольких'' экземпляров одного и того же элемента (элемент входит от нуль раз, т.е., не входит в комплект, до любого заданного числа раз)<ref>[[James L. Peterson|Джеймс Питерсон]] Теория сетей Петри и моделирование систем:Пер. с англ.-М.:Мир, 1984.-264с., ил. (стр. 231 "Обзор теории комплектов")</ref>. (см. например, [[Сочетание#Сочетания с повторениями|Мультисочетания]]).


[[Множество подмножеств]] — множество всех подмножеств данного множества, обозначается <math>\mathcal P (A)</math> или <math>2^A</math> (так как соответствует множеству отображений из <math>A</math> в <math>\mathbf{2} = \{ 0,1\}</math>).
== Приложения ==

* [[Топология]]
[[Мощность множества]] (кардинальное число) — характеристика количества элементов множества, формально определяется как класс эквивалентности над множествами, между которыми можно установить взаимно-однозначное соответствие, обозначается <math>|A|</math> или <math>\sharp A</math>. Мощность пустого множества равна нулю, для конечных множеств — целое число, равное количеству элементов. Над кардинальными числами, в том числе характеризующими бесконечные множества, можно установить [[отношение порядка]], мощность [[Счётное множество|счётного множества]] обозначается <math>\aleph_0</math> ([[Алеф (буква еврейского алфавита)|алеф]] — первая буква еврейского алфавита), является наименьшей из мощностей бесконечных множеств, мощность [[Континуум (теория множеств)|континуума]] обозначается <math>\mathfrak c</math> или <math>2^{\aleph_0}</math>, [[континуум-гипотеза]] — предположение о том, что между счётной мощностью и мощностью континуума нет промежуточных мощностей.{{Sfn|Куратовский, Мостовский|1970|с=176—211, 305—327}}
* [[Теория решёток]]
[[Файл:Omega-exp-omega-labeled.svg|thumb|Представление порядковых чисел до <math>\omega^\omega</math>]]
* [[Реляционная модель данных]]
Если кардинальное число характеризует класс эквивалентности множеств относительно возможности установить взаимно-однозначное соответствие, то [[порядковое число]] (ординал) — характеристика классов эквивалентности [[Вполне упорядоченное множество|вполне упорядоченных множеств]] относительно биективных соответствий, сохраняющих отношение полного порядка. Строятся ординалы посредством введения [[Арифметика порядковых чисел|арифметики порядковых чисел]] (с операциями сложения и умножения), порядковое число конечных множеств совпадает с кардиналом (обозначается соответствующим натуральным числом), порядковое число множества всех натуральных чисел с естественным порядком обозначается как <math>\omega</math>, далее конструируются числа:
{{Внешние ссылки нежелательны}}
: <math> \omega + 1, \omega + 2, \dots, \omega \cdot 2, \omega \cdot 2 + 1, \dots, \omega ^2, \dots \omega ^\omega, \dots, \omega^{\omega^\omega}, \dots, </math>,
== См. также ==
после чего вводятся [[Числа эпсилон|<math>\varepsilon_0</math>-числа]]:
* [[Аксиоматика теории множеств]]
: <math>\varepsilon_0 = \omega^{\omega^{\omega^{\cdot^{\cdot^\cdot}}}} = \sup \{ \omega, \omega^{\omega}, \omega^{\omega^{\omega}}, \omega^{\omega^{\omega^\omega}}, \dots \}</math>.
* [[Булеан]]
Множество всех <math>\omega</math>- и <math>\varepsilon</math>-чисел — счётных ординалов — обладает мощностью <math>\aleph_1</math>.{{Sfn|Куратовский, Мостовский|1970|с=273—303}}
* [[Кардинальное число]]

* [[Континуум_(теория множеств)|Континуум]]
== Обобщения ==
* [[Парадоксы теории множеств]]
Средствами [[Теория категорий|теории категорий]], зачастую противопоставляемой теории множеств и с инструментальной, и с дидактической точек зрения, [[Лоувер, Уильям|Ловер]] и [[Тирни, Майлс|Тирни]] ({{lang-en|Miles Tierney}}) в [[1970 год в науке|1970 году]] создали [[теория топосов|теорию топосов]], изучаемый ею объект — [[элементарный топос]] — построен по принципу схожести с поведением множеств в теоретико-множественном понимании, элементарными топосами удалось представить практически все варианты теории множеств.
* [[Счётное множество]]

* [[Теория типов]]
[[Теория нечётких множеств]] — расширение теории множеств, предложенное в 1960-х годах [[Лотфи Заде]]<ref>{{статья
|автор = [[Лотфи Заде|L. Zadeh]]
|заглавие = Fuzzy Sets
|ссылка = http://www-bisc.cs.berkeley.edu/Zadeh-1965.pdf
|язык = en
|издание = Information and Control
|год = 1965
|выпуск =
|том = 5
|номер =
|страницы = 338—353
|issn = 0019-9958
|doi = 10.1016/S0019-9958(65)90241-X
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20071127005930/http://www-bisc.cs.berkeley.edu/Zadeh-1965.pdf
|archivedate = 2007-11-27
}}</ref> в рамках концепции [[Нечёткая логика|нечёткой логики]], в нечёткой теории вместо отношения принадлежности элементов к множеству рассматривается функция принадлежности со значениями в интервале <math>[0, 1]</math>: элемент чётко не принадлежит множеству если функция его принадлежности равна нулю, чётко принадлежит — если единице, в остальных случаях отношение принадлежности считается нечётким. Применяется в [[Теория информации|теории информации]], [[Кибернетика|кибернетике]], [[Информатика|информатике]].

Теория [[Мультимножество|мультимножеств]]<ref>{{книга
|автор = А. Б. Петровский
|заглавие = Пространства множеств и мультимножеств
|ссылка = http://www.raai.org/about/persons/petrovsky/pages/Petrovsky_2003.pdf
|место = М.
|издательство = Едиториал УРСС
|год = 2003
|страницы = 248
|isbn = 5-7262-0633-9
|archive-date = 2015-09-24
|archive-url = https://web.archive.org/web/20150924083846/http://www.raai.org/about/persons/petrovsky/pages/Petrovsky_2003.pdf
}}</ref>, в применении к теории [[Сеть Петри|сетей Петри]] называемая теорией комплектов, рассматривает в качестве основного понятия наборы элементов произвольной природы, в отличие от множества, допускающие присутствие нескольких экземпляров одного и того же элемента, отношение включения в этой теории заменено функцией числа экземпляров: <math>\sharp (a,A)</math> — целое число вхождений элемента <math>a</math> в мультимножество <math>A</math>, при объединении комплектов число экземпляров элементов берётся по максимуму вхождений (<math>\sharp (a, A_1 \cup A_2) = \max (\sharp (a, A_1), \sharp (a, A_2)</math>), при пересечении — по минимуму (<math>\sharp (a, A_1 \cap A_2) = \min (\sharp (a, A_1), \sharp (a, A_2)</math>)<ref>{{книга
|автор = Джеймс Питерсон
|часть = Обзор теории комплектов
|заглавие = Теория сетей Петри и моделирование систем
|оригинал = Petri Net Theory and The Modelling of Systems
|ссылка =
|место = М.
|издательство = [[Мир (издательство)|Мир]]
|год = 1984
|страницы = 231—235
|страниц = 264
|isbn =
|тираж = 8400
}}</ref>. Используется в [[Теоретическая информатика|теоретической информатике]], [[Искусственный интеллект|искусственном интеллекте]], [[Теория принятия решений|теории принятия решений]].

{{Нп5|Альтернативная теория множеств||en|Alternative set theory}} — теория, развиваемая чехословацкими математиками с 1970-х годов, в основном в работах {{нп2|Вопенка, Петр|Петра Вопенки|cs|Petr Vopěnka}}<ref>{{книга
|автор = П. Вопенка
|заглавие = Математика в альтернативной теории множеств
|оригинал = Mathematics in The Alternative Set Theory
|ссылка =
|викитека =
|ответственный = перевод А. Драгалина
|издание =
|место = М.
|издательство = Мир
|год = 1983
|страниц = 152
|серия = Новое в зарубежной математике
|isbn =
|тираж = 6000
}}</ref>, основывающаяся на чёткой формализации множества как объекта, [[Математическая индукция|индуктивно]] построимого из пустого множества и заведомо существующих элементов, для свойств объектов, допускающих рассмотрения их в целой совокупности, вводится понятие классов, а для изучения подклассов множеств используется концепция {{нп5|Полумножество|полумножеств|en|Semiset}}.

== В культуре ==
[[Файл:Berlin-Uhr Budapester Str 45 (Charl) Berlin-Uhr.jpg|thumb|[[Берлинские часы|«Теоретико-множественные» часы в Берлине]] показывают время 9:32]]
В 1960—1970-е годы в рамках [[Теория музыки|теории музыки]] была создана собственная {{нп5|Теория множеств (музыка)|теория множеств|en|Set theory (music)}}, предоставляющая средства чрезвычайно обобщённого описания музыкальных объектов ([[Музыкальный звук|звуков]] с их [[Высота звука|высотами]], [[Динамика (музыка)|динамикой]], [[Длительность нот|длительностью]]), взаимоотношения между ними и операции над их группами (такими как [[Транспозиция (музыка)|транспозиция]], [[обращение (музыка)|обращение]]). Однако связь с математической теорией множеств более чем опосредованная, и, скорее, терминологическая и культурная: в музыкальной теории множеств рассматриваются только конечные объекты и каких-то существенных теоретико-множественных результатов или значительных конструкций не используется; гораздо в большей степени в этой теории задействованы аппараты [[Теория групп|теории групп]] и [[Комбинаторика|комбинаторики]]<ref>{{книга
|автор = M. Schuijer
|заглавие = Analyzing Atonal Music: Pitch-Class Set Theory and Its Contexts
|место = [[Рочестер (Нью-Йорк)|Rochester]]
|издательство = University Rochester Press
|год = 2008
|allpages = 306
|isbn = 978-1-58046-270-9
|тираж =
}}</ref>.

Также в большей степени под культурным, нежели содержательным влиянием теории множеств немецким дизайнером {{не переведено 2|Биннингер, Дитер|Биннингером|de|Dieter Binninger}} в 1975 году были созданы так называемые {{не переведено 2|Теоретико-множественные часы|«теоретико-множественные» часы|de|Mengenlehreuhr}} (также известны как берлинские часы, {{lang-de|Berlin-Uhr}}), вошедшие в [[Книга рекордов Гиннесса|Книгу рекордов Гиннесса]] как первое устройство, использующее пятеричный принцип для отображения времени посредством цветных светящихся индикаторов (первый и второй ряд индикаторов сверху показывает часы, третий и четвёртый — минуты; каждый светящийся индикатор соответствует пяти часам для первого ряда, одному часу для второго ряда, пяти минутам для третьего ряда и одной минуте для четвёртого ряда). Часы установлены в берлинском торгово-офисном комплексе [[Europa-Center]].


== Примечания ==
== Примечания ==
Строка 63: Строка 208:


== Литература ==
== Литература ==
* {{БРЭ|автор=В. Г. Кановей|статья=Аксиоматические теории множеств|ссылка=https://old.bigenc.ru/mathematics/text/1807494|архив=https://web.archive.org/web/20221017124916/https://bigenc.ru/mathematics/text/1807494|архив дата=2022-10-17}}
* {{книга|автор=[[Куратовский, Казимир|К.&nbsp;Куратовский]], [[Мостовский, Анджей|А.&nbsp;Мостовский]]|заглавие=Теория множеств|ответственный=Перевод с английского М.&nbsp;И.&nbsp;Кратко под редакцией А.&nbsp;Д.&nbsp;Тайманова|место=М.|издательство=Мир|год=1970|страниц=416}}
* {{книга
* [ftp://ftp.mccme.ru/users/shen/logic/sets/part1pdf.zip Н. К. Верещагин, А. Шень. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 1. Начала теории множеств.]
|автор = [[Николя Бурбаки|Н. Бурбаки]]
* {{книга|автор=[[Френкель, Адольф|А.&nbsp;Френкель]], И.&nbsp;Бар-Хиллел|заглавие=Основания теории множеств|ответственный=Перевод с английского Ю.&nbsp;А.&nbsp;Гастева под редакцией [[Есенин-Вольпин, Александр Сергеевич|А.&nbsp;С.&nbsp;Есенина-Вольпина]]|место=М.|издательство=Мир|год=1966|страниц=366}}
|часть = Основания математики. Логика. Теория множеств
|ссылка часть =
{{math-stub}}
|заглавие = Очерки по истории математики
|оригинал =
|ссылка =
|викитека =
|ответственный = [[Башмакова, Изабелла Григорьевна|И. Г. Башмакова]] (перевод с французского)
|издание =
|место = М.
|издательство = [[Издательство иностранной литературы]]
|год = 1963
|страницы = 37—53
|страниц = 292
|серия = Элементы математики
|тираж =
|ref = Бурбаки
}}
* {{книга
|автор = Г. Кантор
|заглавие = Труды по теории множеств
|оригинал =
|ссылка =
|викитека =
|ответственный =
|место = М.
|издательство = Наука
|год = 1985
|страниц = 430
|серия = Классики науки
|isbn =
|тираж = 3450
|ref = Кантор
}}.
* {{статья
|автор = [[Коэн, Пол Джозеф|П. Дж. Коэн]]
|заглавие = Об основаниях теории множеств
|ссылка = http://www.mathnet.ru/links/1ade91ff5fb820b9ec5be2544b38e762/rm4418.pdf
|оригинал = P. J. Cohen, Comments on the foundations of set theory, Proc. Sym. Pure Math. '''13''':1 (1971), 9–15.
|язык = ru
|ответственный = [[Манин, Юрий Иванович|Ю. И. Манин]] (перевод)
|издание = [[Успехи математических наук]]
|тип =
|место = М.
|издательство =
|год = 1974
|выпуск = 5 (179)
|том = XXIX
|номер =
|страницы = 169—176
|issn = 0042-1316
|ref = Коэн
|archiveurl =
|archivedate =
}}
* {{книга|автор=[[Куратовский, Казимир|К. Куратовский]], [[Мостовский, Анджей|А. Мостовский]]|заглавие=Теория множеств|ответственный=Перевод с английского М. И. Кратко под редакцией А. Д. Тайманова|место=М.|издательство=Мир|год=1970|страниц=416|ref=Куратовский, Мостовский}}
* {{книга|автор= [[Медведев, Фёдор Андреевич|Ф. А. Медведев]] |заглавие= Развитие теории множеств в XIX веке |ссылка= |викитека= |издание= |место= М. |издательство= Наука |год= 1965 |страниц=232 |тираж=2500|ref=Медведев}}
* {{книга|автор=[[Френкель, Адольф|А. Френкель]], И. Бар-Хиллел|заглавие=Основания теории множеств|ответственный=Перевод с английского Ю. А. Гастева под редакцией [[Есенин-Вольпин, Александр Сергеевич|А. С. Есенина-Вольпина]]|место=М.|издательство=Мир|год=1966|страниц=556|ref=Френкель}}


{{вс}}
{{Теория множеств}}
{{Разделы математики}}
{{Разделы математики}}

[[Категория:Логика]]
[[Категория:Логика]]
[[Категория:Теория множеств|*]]
[[Категория:Формальные методы]]
[[Категория:Формальные методы]]
[[Категория:Теория множеств| ]]

[[an:Teoría de conchuntos]]
[[ar:نظرية المجموعات]]
[[az:Çoxluqlar nəzəriyyəsi]]
[[bat-smg:Aibiu teuorėjė]]
[[be:Тэорыя мностваў]]
[[be-x-old:Тэорыя мностваў]]
[[bg:Теория на множествата]]
[[bn:সেট তত্ত্ব]]
[[br:Teorienn an teskadoù]]
[[bs:Teorija skupova]]
[[ca:Teoria de conjunts]]
[[cs:Teorie množin]]
[[cv:Нумайлăх теорийĕ]]
[[da:Mængdelære]]
[[de:Mengenlehre]]
[[el:Θεωρία συνόλων]]
[[en:Set theory]]
[[eo:Aroteorio]]
[[es:Teoría de conjuntos]]
[[et:Hulgateooria]]
[[fa:نظریه مجموعه‌ها]]
[[fi:Joukko-oppi]]
[[fiu-vro:Hulgateooria]]
[[fo:Mongdarlæra]]
[[fr:Théorie des ensembles]]
[[fur:Teorie dai insiemis]]
[[he:תורת הקבוצות]]
[[hi:समुच्चय सिद्धान्त]]
[[hr:Teorija skupova]]
[[hu:Halmazelmélet]]
[[id:Teori himpunan]]
[[io:Ensemblo-teorio]]
[[is:Mengjafræði]]
[[it:Teoria degli insiemi]]
[[ja:集合論]]
[[ka:სიმრავლეთა თეორია]]
[[ko:집합론]]
[[la:Theoria copiarum]]
[[lmo:Teuría di cungjuunt]]
[[lv:Kopu teorija]]
[[mk:Теорија на множествата]]
[[mr:संचप्रवाद]]
[[ms:Teori set]]
[[new:सेट सिद्धान्त]]
[[nl:Verzamelingenleer]]
[[nn:Mengdelære]]
[[no:Mengdelære]]
[[nov:Ensemble-teorie]]
[[pl:Teoria mnogości]]
[[pms:Teorìa dj'ansem]]
[[pt:Teoria dos conjuntos]]
[[simple:Set theory]]
[[sk:Teória množín]]
[[sl:Teorija množic]]
[[sr:Теорија скупова]]
[[sv:Mängdteori]]
[[ta:கணக் கோட்பாடு]]
[[th:ทฤษฎีเซต]]
[[uk:Теорія множин]]
[[ur:نظریۂ طاقم]]
[[vi:Lý thuyết tập hợp]]
[[vo:Konletateor]]
[[war:Teyorya set]]
[[yi:סכומען טעאריע]]
[[zh:集合论]]
[[zh-classical:集論]]
[[zh-min-nan:Chi̍p-ha̍p-lūn]]
[[zh-yue:集合論]]

Текущая версия от 10:29, 13 июля 2024

Тео́рия мно́жеств — раздел математики, в котором изучаются общие свойства множеств — совокупностей элементов произвольной природы, обладающих каким-либо общим свойством. Создана во второй половине XIX века Георгом Кантором при значительном участии Рихарда Дедекинда, привнесла в математику новое понимание природы бесконечности, была обнаружена глубокая связь теории с формальной логикой, однако уже в конце XIX — начале XX века теория столкнулась со значительными сложностями в виде возникающих парадоксов, поэтому изначальная форма теории известна как наивная теория множеств. В XX веке теория получила существенное методологическое развитие, были созданы несколько вариантов аксиоматической теории множеств, обеспечивающие универсальный математический инструментарий, в связи с вопросами измеримости множеств тщательно разработана дескриптивная теория множеств.

Теория множеств стала основой многих разделов математики — общей топологии, общей алгебры, функционального анализа и оказала существенное влияние на современное понимание предмета математики[1]. В первой половине XX века теоретико-множественный подход был привнесён и во многие традиционные разделы математики, в связи с чем стал широко использоваться в преподавании математики, в том числе в школах. Однако использование теории множеств для логически безупречного построения математических теорий осложняется тем, что она сама нуждается в обосновании своих методов рассуждения. Более того, все логические трудности, связанные с обоснованием математического учения о бесконечности, при переходе на точку зрения общей теории множеств приобретают лишь бо́льшую остроту[2].

Начиная со второй половины XX века представление о значении теории и её влияние на развитие математики заметно снизились за счёт осознания возможности получения достаточно общих результатов во многих областях математики и без явного использования её аппарата, в частности, с использованием теоретико-категорного инструментария (средствами которого в теории топосов обобщены практически все варианты теории множеств). Тем не менее нотация теории множеств стала общепринятой во всех разделах математики вне зависимости от использования теоретико-множественного подхода. На идейной основе теории множеств в конце XX века создано несколько обобщений, в том числе теория нечётких множеств, теория мультимножеств (используемые в основном в приложениях), теория полумножеств[англ.] (развиваемая в основном чешскими математиками).

Ключевые понятия теории: множество (совокупность объектов произвольной природы), отношение принадлежности элементов множествам, подмножество, операции над множествами, отображение множеств, взаимно-однозначное соответствие, мощность (конечная, счётная, несчётная), трансфинитная индукция.

Одна из визуализаций трёхмерного варианта канторова множества — нигде не плотного совершенного множества

Предпосылки

[править | править код]

Множества, в том числе и бесконечные, в неявной форме фигурировали в математике со времён Древней Греции: например, в том или ином виде рассматривались отношения включения множеств всех рациональных, целых, натуральных, нечётных, простых чисел. Зачатки идеи о равномощности множеств встречаются у Галилея: рассуждая о соответствии между числами и их квадратами, он обращает внимание на неприменимость аксиомы «целое больше части» к бесконечным объектам (парадокс Галилея)[3].

Первое представление об актуально бесконечном множестве относят к работам Гаусса начала 1800-х годов, опубликованным в его «Арифметических исследованиях»[4], в которых, вводя сравнения на множестве рациональных чисел, он обнаруживает классы эквивалентности (классы вычетов) и разбивает всё множество на эти классы, отмечая их бесконечность и взаимное соответствие, рассматривает бесконечное множество решений как единую совокупность, классифицирует бинарные квадратичные формы () в зависимости от определителя и рассматривает этот бесконечный набор классов как бесконечные совокупности объектов нечисловой природы, предполагает возможность выбирать из классов эквивалентностей по одному объекту-представителю всего класса[5]: использует методы, характерные для теоретико-множественного подхода, не использовавшиеся явно в математике до XIX века. В более поздних работах Гаусс, рассматривая совокупность комплексных чисел с рациональными вещественной и мнимой частью, говорит о вещественных, положительных, отрицательных, чисто мнимых целых числах как её подмножествах[6]. Однако бесконечные множества или классы как самостоятельные объекты исследования Гауссом явно не выделялись, более того, Гауссу принадлежат высказывания против возможности использования актуальной бесконечности в математических доказательствах[7].

Более отчётливое представление о бесконечных множествах проявляется в работах Дирихле, в курсе лекций 1856—1857 годов[8], построенном на основе гауссовых «Арифметических исследований». В работах Галуа, Шёмана и Серре по теории функциональных сравнений 1820—1850-х годов также намечаются элементы теоретико-множественного подхода, которые обобщил Дедекинд в 1857 году, явно сформулировавший в качестве одного из выводов необходимость рассмотрения целой системы бесконечно многих сравнимых чисел как единого объекта, общие свойства которого равным образом присущи всем его элементам, а систему бесконечно многих несравнимых классов уподобляет ряду целых чисел[9]. Отдельные понятия теории множеств можно встретить в трудах Штейнера и Штаудта 1830—1860-х годов по проективной геометрии: практически весь предмет в значительной степени зависит от представления о взаимно-однозначном соответствии, ключевом для теории множеств, однако в проективной геометрии на такие соответствия накладывались дополнительные ограничения (сохранение некоторых геометрических соотношений). В частности, Штейнер явно вводит понятие несчётного множества для множества точек на прямой и множества лучей в пучке и оперирует с их несчётными подмножествами, а в работе 1867 года вводит понятие мощности как характеристики множеств, между которыми возможно установить проективное соответствие (Кантор позднее указывал, что заимствовал само понятие и термин у Штейнера, обобщив проективное соответствие до взаимно-однозначного)[10].

Наиболее близкие к наивной теории множеств Кантора представления содержатся в трудах Больцано[11], прежде всего, в работе «Парадоксы бесконечного»[англ.], опубликованной после смерти автора в 1851 году, в которой рассматриваются произвольные числовые множества, и для их сравнения явно определено понятие взаимно-однозначного соответствия, и сам термин «множество» (нем. menge) также впервые систематически использован в этой работе. Однако, работа Больцано носит в большей степени философский характер, нежели математический, в частности, в ней нет чёткого разграничения между мощностью множества и понятием величины или порядка бесконечности, и сколь-нибудь формальной и целостной математической теории в этих представлениях нет[12]. Наконец, теории вещественного числа Вейерштрасса, Дедекинда и Мерэ, созданные в конце 1850-х годов и опубликованные в начале 1860-х во многом перекликаются с идеями наивной теории множеств в том смысле, что рассматривают континуум как множество, образованное из рациональных и иррациональных точек[13].

Наивная теория множеств

[править | править код]
Георг Кантор в 1870 году
Схема доказательства счётности множества рациональных чисел
Схематическая идея доказательства теоремы Кантора — Бернштейна

Основным создателем теории множеств в наивном её варианте является немецкий математик Георг Кантор, к созданию абстракции точечного множества подтолкнули работы 1870—1872 годов по развитию теории тригонометрических рядов (продолжавшие труды Римана), в которых ввёл понятие предельной точки, близкое к современному[14] и пытался с его помощью классифицировать «исключительные множества» (множества точек расходимости ряда, возможно бесконечные)[15]. Заинтересовавшись вопросами равномощности множеств, в 1873 году Кантор обнаружил счётность множества рациональных чисел и решает отрицательно[англ.] вопрос о равномощности множеств целых и вещественных чисел (последний результат опубликовал в 1874 году по настоянию Вейерштрасса[16][17]. В 1877 году Кантор доказал взаимно-однозначное соответствие между и (для любого ). Первыми результатами Кантор делился в переписке с Дедекиндом и Вейерштрассом, которые отвечали благосклонной критикой и замечаниями к доказательствам, и начиная с 1879 года вплоть до 1884 года опубликовал шесть статей в Mathematische Annalen с результатами исследований бесконечных точечных множеств[18][19].

В 1877 году Дедекинд опубликовал статью «О числе классов идеалов конечного поля», в которой явно в символическом виде использовались операции со множествами — полями, модулями, идеалами, кольцами, — отношение включения (со знаками «<» и «>»), объединение (со знаком «+») и пересечение (с инфиксом «−»), и, кроме того, фактически описана алгебра множеств с присущей ей двойственностью операций объединения и пересечения; в обозначениях Дедекинда:

,
,

в последующих своих работах многократно используя этот результат[20]. В публикации 1878 года о равномощности континуумов разного числа измерений Кантор использовал теоретико-множественные операции, ссылаясь на работу Дедекинда. Кроме того, в этой же работе впервые в явном виде введено понятие мощности множества, доказана счётность всякого бесконечного подмножества счётного множества, а конечные поля алгебраических чисел предложены как примеры счётных множеств. Результат Кантора о равномощности континуумов разного числа измерений привлёк широкое внимание математиков, и уже в том же году последовало несколько работ (Люрот[нем.], Томе[нем.], Нетто) с неудачными попытками доказательства невозможности одновременной непрерывности и взаимной однозначности отображения континуумов различных размерностей[21] (точное доказательство этого факта дал Брауэр в 1911 году).

В 1880 году Кантор сформулировал две ключевых идеи теории множеств — понятие о пустом множестве и метод трансфинитной индукции. Начиная с 1881 года методами Кантора начинают пользоваться другие математики: Вольтерра, Дюбуа-Реймон, Бендиксон, Гарнак, в основном в связи с вопросами об интегрируемости функций[22]. В работе 1883 года Кантор дал исторически первое формальное определение континуума, используя введённые им понятия совершенного множества и плотности множества (отличающиеся от современных, используемых в общей топологии, но принципиально сходных с ними), а также построил классический пример нигде не плотного совершенного множества (известный как канторово множество)[23], а также в явном виде сформулировал континуум-гипотезу (предположение об отсутствии промежуточных мощностей между счётным множеством и континуумом, её недоказуемость в рамках ZFC показана Коэном в 1963 году).

С 1885—1895 годы работы по созданию наивной теории множеств получили развитие прежде всего в трудах Дедекинда (Кантор в течение этих 10 лет опубликовал лишь одну небольшую работу из-за болезни). Так, в книге «Что такое числа и для чего они служат?»[24] (где также впервые построена аксиоматизация арифметики, известная как арифметика Пеано) систематически изложены полученные к тому времени результаты теории множеств в наибольшей общности — для множеств произвольной природы (не обязательно числовых), бесконечное множество определено как взаимнооднозначное с частью себя, впервые сформулирована теорема Кантора — Бернштейна[25], изложена алгебра множеств и установлены свойства теоретико-множественных операций[26]. Шрёдер в 1895 году обратил внимание на совпадение алгебры множеств и исчисления высказываний, тем самым была установлена глубокая связь между математической логикой и теорией множеств.

В 1895—1897 годы Кантор опубликовал цикл из двух работ, в целом завершающий создание наивной теории множеств[27][28].

С начала 1880-х годов, прежде всего, после публикации идей о трансфинитной индукции, теоретико-множественный подход встретил острое неприятие многими крупными математиками того времени, основными оппонентами в то время были Герман Шварц и, в наибольшей степени, Леопольд Кронекер, полагавший, что математическими объектами могут считаться лишь натуральные числа и то, что к ним непосредственно сводится (известна его фраза о том, что «бог создал натуральные числа, а всё прочее — дело рук человеческих»). Серьёзная дискуссия развернулась и в среде теологов и философов относительно теории множеств, в основном критически относившихся к идеям об актуальной бесконечности и количественных различиях в этом понятии[29]. Тем не менее к концу 1890-х годов теория множеств стала общепризнанной, во многом этому способствовали доклады Адамара и Гурвица на Первом международном конгрессе математиков в Цюрихе (1897), в которых были показаны примеры успешного использования теории множеств в анализе, а также широкое применение теоретико-множественного инструментария уже имевшим значительное влияние в математическом сообществе Гильбертом[30].

Размытость понятия множества в наивной теории, при которой допускалось построение множеств лишь по признаку сбора всех объектов, обладающих каким-либо свойством, привела к тому, что в период 1895—1925 годов была обнаружена значительная серия противоречий, внесшая серьёзные сомнения в возможность использования теории множеств как фундаментального инструмента, ситуация получила известность как «кризис оснований математики»[31].

Противоречие, к которому приводит рассмотрение множества всех порядковых чисел впервые обнаружено Кантором в 1895 году[32], переоткрыто и впервые опубликовано Бурали-Форти (итал. Cesare Burali-Forti) в 1897 году, и стало известно как парадокс Бурали-Форти[33]. В 1899 году в письме Дедекинду Кантор впервые говорит о противоречивости универсума как множества всех множеств, так как множество всех его подмножеств должно было бы быть равномощно самому себе, не удовлетворяя принципу [34], впоследствии эта антиномия стала известна как парадокс Кантора. В дальнейшей переписке Кантор предложил рассматривать собственно множества (нем. mengen), которые могут быть мыслимы как единый объект, и «многообразия» (vielheiten) для сложных конструкций, в том или ином виде эта идея нашла отражения в некоторых поздних аксиоматизациях и обобщениях[35].

Наиболее значительным противоречием, повлиявшим на дальнейшее развитие теории множеств и оснований математики в целом стал парадокс Рассела, обнаруженный около 1901 года Бертраном Расселом и опубликованный в 1903 году в монографии «Основания математики». Суть парадокса в противоречии при рассмотрении вопроса о принадлежности самому себе множества всех множеств, не включающих себя. Кроме того, примерно к тому же времени относится обнаружение таких антиномий как парадокс Ришара, парадокс Берри и парадокс Греллинга — Нельсона, показывающих противоречия при попытках использования самореференции свойств элементов при построении множеств.

В результате осмысления возникших парадоксов в сообществе математиков возникло два направления по разрешению возникших проблем: формализация теории множеств посредством подбора системы аксиом, обеспечивающей непротиворечивость при сохранении инструментальной мощи теории, второе — исключение из рассмотрения всех не поддающихся интуитивному осмыслению конструкций и методов. В рамках первого направления, начатого Цермело, Гильбертом, Бернайсом, Хаусдорфом, было создано несколько вариантов аксиоматической теории множеств и за счёт довольно искусственных ограничений преодолены основные противоречия. Второе направление, основным выразителем которого был Брауэр, породило новое направление в математике — интуиционизм, и в той или иной мере оно было поддержано Пуанкаре, Лебегом, Борелем, Вейлем.

Аксиоматические теории множеств

[править | править код]

Первую аксиоматизацию теории множеств в 1908 году опубликовал Цермело, центральную роль в исключении парадоксов в этой системе должна была сыграть «аксиома селекции» (нем. Aussonderung), согласно которой от свойства только тогда можно образовать множество , если из следует отношение вида [35]. В 1922 году благодаря работам Скулема и Френкеля система на базе аксиом Цермело была окончательно сформирована, включив аксиомы объёмности, существования пустого множества, пары, суммы, степени, бесконечности и с вариантами с аксиомой выбора и без неё. Эти аксиоматики получили наибольшее распространение и известны как теория Цермело — Френкеля, система с аксиомой выбора обозначается ZFC, без аксиомы выбора — ZF.

Особая роль аксиомы выбора связана с её интуитивной неочевидностью и заведомым отсутствием эффективного способа определения множества, собранного из элементов семейства. В частности Борель и Лебег считали, что доказательства, полученные с её применением, имеют другую познавательную ценность, нежели доказательства, независимые от неё, тогда как Гильберт и Хаусдорф принимали её безоговорочно, признавая за ней не меньшую степень очевидности, что и за другими аксиомами ZF[36].

Другой получивший распространение вариант аксиоматизации теории множеств был разработан фон Нейманом в 1925 году, формализован в 1930-е годы Бернайсом, и упрощён Гёделем в 1940 году (в работе по доказательству независимости континуум-гипотезы от аксиомы выбора), окончательный вариант получил известность как система аксиом фон Неймана — Бернайса — Гёделя и обозначение NBG[37].

Существует ряд прочих аксиоматизаций, среди них система Морса — Келли[англ.] (MK), система Крипке — Платека[англ.], система Тарского — Гротендика[англ.].

Дескриптивная теория множеств

[править | править код]

В начале XX века в работах Лебега, Бэра, Бореля исследованы вопросы измеримости множеств. На основе этих работ в 1910—1930 годы разработана теория дескриптивных множеств, систематически изучающая внутренние свойства множеств, построенных теоретико-множественными операциями из объектов относительно простой природы — открытых и замкнутых множеств евклидова пространства, метрических пространств, метризуемых топологических пространств со счётной базой. Основной вклад в создание теории внесли Лузин, Александров, Суслин, Хаусдорф. С 1970-х годов разрабатываются обобщения дескриптивной теории множеств на случай более общих топологических пространств.

Основные понятия

[править | править код]
Диаграмма Венна, показывающая все пересечения графем заглавных букв греческого, русского и латинского алфавитов
Декартово произведение

В основе теории множеств лежат первичные понятия: множество и отношение принадлежности множества (обозначается как [38] — « есть элемент множества », « принадлежит множеству »). Пустое множество, обычно обозначается символом  — множество, не содержащее ни одного элемента. Подмножество и надмножество — соотношения включения одного множества в другое (обозначаются соответственно и для нестрогого включения и и  — для строгого).

Над множествами определены следующие операции:

  • объединение, обозначается как  — множество, содержащее все элементы из и ,
  • разность, обозначается как , реже  — множество элементов , не входящих в ,
  • дополнение, обозначается как или  — множество всех элементов, не входящих в (в системах, использующих универсальное множество),
  • пересечение, обозначается как  — множество из элементов, содержащихся как в , так и в ,
  • симметрическая разность, обозначается как , реже  — множество элементов, входящих только в одно из множеств — или .

Объединение и пересечение также часто рассматривают над семействами множеств, обозначаются и и составляют, соответственно, объединение всех множеств, входящих в семейство и пересечение всех множеств, входящих в семейство.

Объединение и пересечение коммутативны, ассоциативны и идемпотентны. В зависимости от выбора системы аксиом и наличия дополнения алгебра множеств (относительно объединения и пересечения) может образовывать дистрибутивную решётку, полную дистрибутивную решётку, булеву алгебру. Для визуализации операций над множествами используются диаграммы Венна.

Декартово произведение множеств и  — множество всех упорядоченных пар элементов из и : . Отображение множества в множество теории множеств рассматривается как бинарное отношение — подмножество  — с условием единственности соответствия первого элемента второму: .

Множество подмножеств — множество всех подмножеств данного множества, обозначается или (так как соответствует множеству отображений из в ).

Мощность множества (кардинальное число) — характеристика количества элементов множества, формально определяется как класс эквивалентности над множествами, между которыми можно установить взаимно-однозначное соответствие, обозначается или . Мощность пустого множества равна нулю, для конечных множеств — целое число, равное количеству элементов. Над кардинальными числами, в том числе характеризующими бесконечные множества, можно установить отношение порядка, мощность счётного множества обозначается (алеф — первая буква еврейского алфавита), является наименьшей из мощностей бесконечных множеств, мощность континуума обозначается или , континуум-гипотеза — предположение о том, что между счётной мощностью и мощностью континуума нет промежуточных мощностей.[39]

Представление порядковых чисел до

Если кардинальное число характеризует класс эквивалентности множеств относительно возможности установить взаимно-однозначное соответствие, то порядковое число (ординал) — характеристика классов эквивалентности вполне упорядоченных множеств относительно биективных соответствий, сохраняющих отношение полного порядка. Строятся ординалы посредством введения арифметики порядковых чисел (с операциями сложения и умножения), порядковое число конечных множеств совпадает с кардиналом (обозначается соответствующим натуральным числом), порядковое число множества всех натуральных чисел с естественным порядком обозначается как , далее конструируются числа:

,

после чего вводятся -числа:

.

Множество всех - и -чисел — счётных ординалов — обладает мощностью .[40]

Средствами теории категорий, зачастую противопоставляемой теории множеств и с инструментальной, и с дидактической точек зрения, Ловер и Тирни (англ. Miles Tierney) в 1970 году создали теорию топосов, изучаемый ею объект — элементарный топос — построен по принципу схожести с поведением множеств в теоретико-множественном понимании, элементарными топосами удалось представить практически все варианты теории множеств.

Теория нечётких множеств — расширение теории множеств, предложенное в 1960-х годах Лотфи Заде[41] в рамках концепции нечёткой логики, в нечёткой теории вместо отношения принадлежности элементов к множеству рассматривается функция принадлежности со значениями в интервале : элемент чётко не принадлежит множеству если функция его принадлежности равна нулю, чётко принадлежит — если единице, в остальных случаях отношение принадлежности считается нечётким. Применяется в теории информации, кибернетике, информатике.

Теория мультимножеств[42], в применении к теории сетей Петри называемая теорией комплектов, рассматривает в качестве основного понятия наборы элементов произвольной природы, в отличие от множества, допускающие присутствие нескольких экземпляров одного и того же элемента, отношение включения в этой теории заменено функцией числа экземпляров:  — целое число вхождений элемента в мультимножество , при объединении комплектов число экземпляров элементов берётся по максимуму вхождений (), при пересечении — по минимуму ()[43]. Используется в теоретической информатике, искусственном интеллекте, теории принятия решений.

Альтернативная теория множеств[англ.] — теория, развиваемая чехословацкими математиками с 1970-х годов, в основном в работах Петра Вопенки (чеш. Petr Vopěnka)[44], основывающаяся на чёткой формализации множества как объекта, индуктивно построимого из пустого множества и заведомо существующих элементов, для свойств объектов, допускающих рассмотрения их в целой совокупности, вводится понятие классов, а для изучения подклассов множеств используется концепция полумножеств[англ.].

В культуре

[править | править код]
«Теоретико-множественные» часы в Берлине показывают время 9:32

В 1960—1970-е годы в рамках теории музыки была создана собственная теория множеств[англ.], предоставляющая средства чрезвычайно обобщённого описания музыкальных объектов (звуков с их высотами, динамикой, длительностью), взаимоотношения между ними и операции над их группами (такими как транспозиция, обращение). Однако связь с математической теорией множеств более чем опосредованная, и, скорее, терминологическая и культурная: в музыкальной теории множеств рассматриваются только конечные объекты и каких-то существенных теоретико-множественных результатов или значительных конструкций не используется; гораздо в большей степени в этой теории задействованы аппараты теории групп и комбинаторики[45].

Также в большей степени под культурным, нежели содержательным влиянием теории множеств немецким дизайнером Биннингером (нем. Dieter Binninger) в 1975 году были созданы так называемые «теоретико-множественные» часы (нем. Mengenlehreuhr) (также известны как берлинские часы, нем. Berlin-Uhr), вошедшие в Книгу рекордов Гиннесса как первое устройство, использующее пятеричный принцип для отображения времени посредством цветных светящихся индикаторов (первый и второй ряд индикаторов сверху показывает часы, третий и четвёртый — минуты; каждый светящийся индикатор соответствует пяти часам для первого ряда, одному часу для второго ряда, пяти минутам для третьего ряда и одной минуте для четвёртого ряда). Часы установлены в берлинском торгово-офисном комплексе Europa-Center.

Примечания

[править | править код]
  1. Множеств теория / П. С. Александров // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. «<…>явилась фундаментом ряда новых математических дисциплин (теории функций действительного переменного, общей топологии, общей алгебры, функционального анализа и др.) <…> оказала глубокое влияние на понимание самого предмета математики»
  2. Математический энциклопедический словарь. — М.: «Сов. энциклопедия », 1988. — С. 382.
  3. Бурбаки, 1963, с. 39.
  4. C. F. Gauss. Disquititiones arithmeticae. — Lipsiae, 1801.
  5. Медведев, 1965, с. 15—17.
  6. Медведев, 1965, с. 22—23.
  7. Медведев, 1965, с. 24.
  8. P. G. Lejuen Dirichlet. Vorlesungen über Zahlentheorie. — Braunschweig, 1863., курс к изданию готовил Дедекинд, уже после смерти Дирихле
  9. Медведев, 1965, с. 24—27.
  10. Медведев, 1965, с. 28—32.
  11. Медведев, 1965, с. 74—77.
  12. Бурбаки, 1963, с. 39—40.
  13. Медведев, 1965, с. 61—67.
  14. Медведев, 1965, с. 86—87.
  15. Бурбаки, 1963, с. 40.
  16. Медведев, 1965, с. 94—95.
  17. Кантор, 1985, 2. Об одном свойстве совокупности всех алгебраических чисел. Оригинал: Über eine Eigenschaft des Inbegriffes aller reellen algebraischen Zahlen. — Journal für die Reine und Angewandte Mathematik, 77 (1874), p. 258—262, с. 18—21.
  18. Кантор, 1985, 5. О бесконечных линейных точечных многообразиях. Оригинал: Über unendliche, lineare Punktmannichfahltigkeiten. — Mathematische Annalen, Bd. 15 (1879), 17 (1880), 20 (1882), 21 (1883), 23 (1884), с. 40—141.
  19. Бурбаки, 1963, с. 40—41.
  20. Медведев, 1965, с. 103—105.
  21. Медведев, 1965, с. 107—110.
  22. Медведев, 1965, с. 113—117.
  23. Медведев, 1965, с. 126—131.
  24. Dedekind, R. Was sind und was sollen die Zahlen?. — Braunschweig: Drud und Berlag von Friedrich Bieweg, 1893. — 60 p. Архивировано 13 мая 2013 года.
  25. Доказана независимо Эрнстом Шрёдером и Феликсом Бернштейном в 1897 году
  26. Медведев, 1965, 14. «Что такое числа и для чего они служат?» Р. Дедекинда, с. 144—157.
  27. Кантор, 1985, 10. К обоснованию учения о трансфинитных множествах. Оригинал: Beiträge zur Begründung der transfiniten Mengenlehre. — Mathematische Annalen, Bd. 46 (1895) p. 481—512; Bd. 49 (1897), p. 207—246, с. 173—245.
  28. Медведев, 1965, 17. Новый взлёт Кантора, с. 171—178.
  29. Медведев, 1965, с. 133—137.
  30. Бурбаки, 1963, «Никто не сможет изгнать нас из рая, созданного для нас Кантором» — говорит Гильберт в «Основаниях геометрии», изданных в 1899 году, с. 44,49.
  31. Бурбаки, 1963, Парадоксы теории множеств и кризис оснований, с. 44—53.
  32. Не опубликовано, сообщено в письме Гильберту
  33. Медведев, 1965, с. 177—179.
  34. Бурбаки, 1963, с. 44.
  35. 1 2 Бурбаки, 1963, с. 46.
  36. Куратовский, Мостовский, 1970, с. 61.
  37. Бурбаки, 1963, с. 46—47.
  38. Символ (от греч. εστι — «быть») введён Пеано.
  39. Куратовский, Мостовский, 1970, с. 176—211, 305—327.
  40. Куратовский, Мостовский, 1970, с. 273—303.
  41. L. Zadeh. Fuzzy Sets (англ.) // Information and Control. — 1965. — Vol. 5. — P. 338—353. — ISSN 0019-9958. — doi:10.1016/S0019-9958(65)90241-X. Архивировано 27 ноября 2007 года.
  42. А. Б. Петровский. Пространства множеств и мультимножеств. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — С. 248. — ISBN 5-7262-0633-9. Архивировано 24 сентября 2015 года.
  43. Джеймс Питерсон. Обзор теории комплектов // Теория сетей Петри и моделирование систем = Petri Net Theory and The Modelling of Systems. — М.: Мир, 1984. — С. 231—235. — 264 с. — 8400 экз.
  44. П. Вопенка. Математика в альтернативной теории множеств = Mathematics in The Alternative Set Theory / перевод А. Драгалина. — М.: Мир, 1983. — 152 с. — (Новое в зарубежной математике). — 6000 экз.
  45. M. Schuijer. Analyzing Atonal Music: Pitch-Class Set Theory and Its Contexts. — Rochester: University Rochester Press, 2008. — 306 p. — ISBN 978-1-58046-270-9.

Литература

[править | править код]