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¿Por qué el axioma de especificación es un esquema de axioma? ¿Por qué no un solo axioma?

Así que yo estaba leyendo acerca de los axiomas de ZFC, y al parecer algunos de ellos son en realidad un "axioma esquemas." Por ejemplo, existe el "axioma esquema de especificación", que básicamente dice que se dan en el $A$ y una fórmula $\phi(x)$, un subconjunto de a$A$ existe cuando todos los elementos de satisfacer $\phi(x)$.

Esto aparentemente no es un axioma, sino un esquema de un número infinito de axiomas, porque no es un axioma para cada $\phi(x)$. Por lo que debe significar que, por cualquier razón, simplemente dejar que $\phi(x)$ ser arbitraria fórmula no hacer válida axioma. Entonces, ¿hay reglas para lo que un axioma puede decir?

Así que mis preguntas son: ¿por Qué no es permitido ser un axioma? ¿Cuáles son las reglas de lo que un axioma es permitido ser? Y ¿por qué?

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ManuelSchneid3r Puntos 116

Esto es sólo la elección de la lógica subyacente. ZFC es una teoría en la lógica de primer orden, y las restricciones de la lógica del sistema descartar ciertos tipos de expresiones. Hay otras lógicas, y su estudio comprende modelo abstracto de la teoría.

A muy grandes rasgos, hay dos competidores esperanzas para un sistema lógico:

  • Debe ser expresivo: las cosas que intuitivamente quiero ser capaz de decir, se debe decir-poder en el sistema.

  • Debe ser no demasiado salvaje: por ejemplo, no debe ser un buen comportamiento noción de la prueba.

Resulta que estos son fundamentalmente en tensión. Por ejemplo, si queremos que las pruebas para ser finito, entonces nuestro sistema lógico no se puede capturar infinito estructuras hasta el isomorfismo (este es el teorema de compacidad, esencialmente).

Entonces, ¿por qué elegimos la lógica de primer orden después de todo, ya que nos obliga a utilizar esquemas de axioma (y otras ineficiencias)? Así, la lógica de primer orden parece estar en un punto dulce aquí: es bastante expresivo, pero también tiene un muy buen comportamiento noción de la prueba y la más técnica de la propiedad denominada el "Lowenheim-Skolem de propiedad" que a grandes rasgos dice que no interactúan mucho con la teoría de conjuntos (de hecho, es la más expresiva de la lógica con estas propiedades - esto es debido a Lindstrom).

Este papel de Ferrairos puede ser de interés con respecto a cómo la lógica de primer orden surgido como "el principal" de la lógica de las matemáticas.

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Ya Basha Puntos 130

En ZF, todas las expresiones en última instancia debe ser un sintácticamente válida, finito combinación de los nombres de las variables, la $\forall$ cuantificador, entre paréntesis, las operaciones lógicas $\lnot$ e $\lor$, $=$ y, finalmente, $\in$. Eso es todo.

Por supuesto, en la práctica tenemos un montón de otros símbolos, como $\subseteq$ e $\exists$, pero técnicamente están todos definidos como específicos shorthands para las combinaciones de los símbolos de arriba.

No hay manera de utilizar estos para decir $\forall \phi(\phi\text{ is a formula}\to\ldots)$, de la manera que uno quiera hacer para que el axioma esquema real de los axiomas.

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JoshL Puntos 290

Noé Schweber señaló que hay una tensión entre la expresividad de la lógica y tener una buena prueba de la teoría. Hay otra tensión, entre la expresividad y la inconsistencia.

Más expresivo lógica de los sistemas fueron desarrollados en la década de 1930 por la Iglesia (una forma de $\lambda$ cálculo) y, por separado, Curry (una forma de lógica combinatoria, esencialmente un tipo diferente de $\lambda$ cálculo). Estas lógicas fueron más expresiva en el sentido de que podrían referirse a sus propias fórmulas más directa que en la lógica de primer orden, fundamentalmente a través de permitir que las variables se refieren a los términos y fórmulas.

Por desgracia, ambos de estos sistemas se muestra para ser incoherente por Kleene y Rosser en un artículo conjunto en 1935. (La iglesia ya había probado a modificar su sistema para evitar la inconsistencia, pero mostró su nueva versión del sistema era incompatible así como el Curry del sistema del tiempo). Más información está disponible en el artículo "las Paradojas y Lógica Contemporánea" por Andrea Cantini y Riccardo Bruni en la Stanford Encyclopedia of Philosophy. (Recordar que otros, a principios de la lógica de los sistemas que tratamos de ser muy fuerte, como el de Russell sistema original de Principia Mathematica, también se han encontrado para ser incoherente.)

Después de las inconsistencias se encuentra, la Iglesia y el Curry ambos dirigieron su atención a los más débiles de los sistemas, incluyendo los de tipo simple $\lambda$ cálculo desarrollado por la Iglesia. La falta de coherencia de los sistemas de resbaló en la historia, pero aún son importantes ejemplos en los límites de lo que pueden ser colocados dentro de una lógica.

Ahora nos damos cuenta de que hay un límite en cuanto a la lógica puede referirse a sí mismo. Las variaciones de Richard de la paradoja de Curry y de la paradoja de surgir fácilmente con el exceso de auto-referencia. En un sentido, la lógica de primer orden y teorías, tales como la Aritmética de Peano y de ZFC permanecer justo dentro de este límite. El resultado es que la PA y de ZFC son consistentes, pero están sujetas a Gödel los teoremas de incompletitud. La adición de sólo un poco más de auto-referencia, que parece ser muy difícil de evitar en sistemas que se pueden cuantificar el exceso y manipular sus propias fórmulas - tiende a crear sistemas que sean inconsistentes o donde algunos de los términos no están definidos o algunas fórmulas han definido valores de verdad. No se puede tener todo en una lógica coherente.

La lógica de primer orden, se evita todo esto teniendo ninguna forma directa de las fórmulas o los términos para referirse a o cuantificar través de otras fórmulas o términos. Nos don t tiene que preocuparse acerca de los términos no definidos o indefinidos verdad de los valores, y la lógica en sí es coherente. Un efecto secundario es que el infinito listas de fórmulas, a veces, tienen que ser incluidas como listas infinitas de axiomas, en lugar de un solo axioma de que cuantifica a través de las fórmulas. Este es generalmente visto como un costo aceptable, dado el bueno de otros propiedades de la lógica.

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user21820 Puntos 11547

Las otras respuestas han explicado que estos esquemas de axioma de ZFC tiene que ser esquemas y no los axiomas, porque queremos que ZFC a ser de primer orden de la teoría. El razonamiento es que necesitamos cuantificar sobre todas las fórmulas de más de ZFC. En particular, la Especificación del esquema de ZFC puede ser enunciada como:

Para cada una de las $(k+1)$-parámetro de la sentencia de $φ$, ZFC tiene el axioma:

$∀p[1..k]\ ∀A\ ∃B\ ∀x\ ( x∈B ⇔ x∈A ∧ φ(p[1..k],x) )$.

Aviso que no podemos tener un solo axioma de que cuantifica sobre todos los parametrizadas frases (sobre la teoría en sí misma), debido a que no es (directamente) que se puede expresar en la lógica de primer orden. De hecho, se puede demostrar que ZFC no puede ser finitely axiomatized (utilizando el mismo lenguaje).

Pero eso no es bastante la historia completa. En general, existe un procedimiento para convertir cualquier suficientemente agradable de primer orden de la teoría de la $T$ a otro de primer orden de la teoría de la $T'$ (con un idioma diferente) que interpreta a $T$ y, sin embargo, es finitely axiomatized. Haciendo esto PA los rendimientos de un conocido de segundo orden llamada teoría ACA0, y haciendo esto para ZFC produce casi NBG.

La idea básica para el uso de dos tipos, una especie $I$ para el dominio original de $T$, y el otro tipo $J$ 'clases', donde cada clase es de una subcolección de $I$ que representa a algunos de predicado más de $T$. (Para ello, necesitamos $T$ a de apoyo razonable ordenó par de codificación.) Luego nos axiomatize la existencia de la clase de todos los objetos en $I$, es decir, $∃C∈J\ ∀x∈I\ ( x∈C )$, que para su comodidad hemos de estado como la existencia de la clase $\{ x : x∈I \}$. También axiomatize la existencia de la clase $\{ (x,x) : x∈I \}$ a la captura de la igualdad, y la existencia de una clase para la captura de cada predicado/función-símbolo de $T$. Por ejemplo, para capturar a "$∈$" de ZFC tendríamos la clase $\{ (x,y) : x,y∈I ∧ x∈y \}$. También axiomatize existencia de la clase singleton $\{x\}$ cualquier $x∈I$, y que las clases son cerrados bajo complemento, unión, intersección, producto cartesiano y la proyección.

Si $T$ tenía un número finito de predicado/símbolos de función, los axiomas son un número finito, y, sin embargo, nos permiten construir cualquier definibles clase de tuplas más de $T$, es decir, $\{ x[1..k] : φ(x[1..k]) \}$ cualquier $k$-parámetro de la sentencia de $φ$ sobre $T$, como miembro de la $J$. Además, cada clase que podemos construir explícitamente corresponde a algunos parametrizadas sentencia de más de $T$. Por lo tanto ahora podemos expresar cualquier axioma esquema de $T$ que cuantifica sobre todos los parametrización a penas de más de $T$ como un único axioma sobre la cuantificación de todos los miembros de $J$, y se puede demostrar que el resultado de la teoría de la $T'$ es conservador más de $T$ en el específico sentido de que cada frase de más de $T$ es comprobable por $T$ iff su traducción (es decir, la restricción de cada cuantificador a $I$) es comprobable por $T'$.

Desde muchos ordenados de primer orden de la teoría puede ser fácilmente interpretado por una ordenados de primer orden de la teoría (es decir, la sustitución de la clase por el predicado-símbolos), es intrascendente que hemos utilizado dos tipos de $T'$.

Muy aparte de lo finito axiomatizability de NBG, algunos teóricos prefieren decir que están trabajando en NBG en lugar de ZFC, ya que intrínsecamente permite la definición y cuantificación de las clases. Pero si uno quiere ser capaz de definir una clase cuya definición fórmula consiste en la cuantificación de las clases (como uno puede, en ZFC definir un conjunto cuya definición fórmula puede cuantificar sobre los conjuntos), entonces el resultado (MK) es de nuevo ya no finitely axiomatizable (en el idioma de NBG), debido a que se necesita un axioma esquema para la Especificación de las clases.

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