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¿Por qué el axioma de la elección está separado de los demás axiomas?

No sé mucho de teoría de conjuntos ni de matemáticas fundamentales, esta pregunta surgió sólo por curiosidad. Por lo que sé, los axiomas ampliamente aceptados de la teoría de conjuntos son los axiomas de Zermelo-Fraenkel con el axioma de elección. Pero el último axioma parece ser el más especial de estos axiomas. Muchos teoremas mencionan específicamente que dependen del axioma de elección. Entonces, ¿qué tiene de especial este axioma?

Sé que se producen muchos resultados divertidos cuando asumimos el axioma de elección, como la paradoja de Banach-Tarski. Sin embargo, estamos asumiendo los otros axiomas de ZF al mismo tiempo. Entonces, ¿por qué lo achacamos al axioma de elección y no a los otros? Para mí, el axioma de regularidad es menos convincente que el axioma de elección (aunque probablemente se deba a mi falta de comprensión).

33voto

DanV Puntos 281

En realidad se trata de una cuestión histórica.

Originalmente, la teoría de conjuntos fue desarrollada por Cantor y el principio de ordenación del pozo se asumió en cierto modo en el fondo (por ejemplo, la demostración de Cantor del teorema de Cantor-Bernstein fue un corolario del hecho de que cada dos cardinalidades son comparables).

En 1904, Zermelo formuló el axioma de elección y demostró su equivalencia con el principio de ordenación de pozos. Posteriormente formuló más axiomas que describían nuestra intuición sobre los conjuntos, eliminando así la "ingenuidad" de la teoría de conjuntos cantoriana. No añadió el axioma de fundamentos, ni el esquema de sustitución. Éstos fueron el resultado de Skolem y Fraenkel, que fueron popularizados por von Neumann.

El axioma de la elección seguía siendo controvertido, la idea de que el continuo puede estar bien ordenado era alucinante y hacía que mucha gente se sintiera incómoda con este axioma. Otros resultados como la paradoja de Banach-Tarski tampoco ayudaron a aceptar este axioma.

Antes de la teoría de conjuntos, la mayor parte de las matemáticas eran en cierto modo constructivas, en el sentido de que las cosas se generaban de forma finita o se aproximaban por medios finitos (por ejemplo, los límites de las secuencias). Se requiere un gran salto de fe para pasar de cosas que se pueden escribir a cosas que no se pueden describir, sino sólo demostrar su existencia. En este sentido, el axioma de elección aumenta la forma de hacer matemáticas al permitirnos hablar de objetos que no podemos describir en su totalidad.

Por lo tanto, era cuestionable si este axioma es incluso consistente con el resto de los axiomas de la teoría de conjuntos. Gödel demostró esta consistencia a finales de la década de 1940, mientras que Cohen demostró la consistencia de su negación en la década de 1960 (es importante señalar que si permitimos que existan elementos no-conjuntos, Fraenkel ya demostró estas cosas en la década de 1930).

Hoy en día se considera normal asumir el axioma de la elección, pero hay situaciones naturales en las que uno quisiera eliminarlo o encontrarse en universos donde el axioma de la elección no se sostiene. Esto hace que preguntas como "¿Cuánta elección es necesaria aquí?" sean importantes para estos contextos.


Algunas cosas para leer:

  1. ¿Por qué preocuparse por el axioma de la elección? (MathOverflow)
  2. Ventaja de aceptar el axioma de la elección
  3. Axioma de elección: usar o no usar
  4. ¿Fundamento para el análisis sin axioma de elección?

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JoshL Puntos 290

En ZFC, hay tres axiomas particulares que son menos obvios que los otros: regularidad, reemplazo y elección. (El reemplazo es un esquema de axiomas, pero podemos ignorar esa diferencia para este propósito).

De ellos, la regularidad (el fundamento de $\in$ ) es el más fácil de tratar. Aunque no hay razón para pensar que nuestra concepción ingenua de los conjuntos elimina la posibilidad de que exista un conjunto que sea miembro de sí mismo, también resulta que esencialmente nunca construimos tales conjuntos en el curso de las matemáticas ordinarias. Por lo tanto, el axioma de regularidad hace poco daño (al eliminar cosas que nos importan). Sí que hace algún bien, ya que los modelos bien fundados de la teoría de conjuntos son mucho más cómodos de estudiar. La mayoría de los matemáticos nunca piensan en ello.

El axioma de reemplazo es impar porque es difícil de motivar directamente a partir de la noción de jerarquía acumulativa; el reemplazo trata esencialmente de la longitud de los ordinales más que de qué conjuntos existen en cada nivel de la jerarquía acumulativa. Sin embargo, hay muy pocos argumentos matemáticos fuera de la teoría de conjuntos que utilicen realmente este axioma. Los principales ejemplos son el teorema de determinación de Borel y algunos teoremas de la teoría de categorías . Por ello, la mayoría de los matemáticos rara vez se fijan en ella, no se menciona en muchos libros de licenciatura fuera de la teoría de conjuntos y, salvo los teóricos de conjuntos, espero que pocos sean capaces de enunciarla sin pensar.

El axioma de elección es impar porque es un principio de existencia de conjuntos, pero como dice t.b. en un comentario no está implicado por el otro esquema de existencia de conjuntos en ZFC, el esquema de separación. Sin embargo, a diferencia de la sustitución, el axioma de elección puede motivarse a partir de la construcción ingenua de la jerarquía acumulativa. Históricamente, el axioma de elección era un punto de inflamación para ciertas discusiones sobre la constructividad en matemáticas, y por esta razón, muchos autores en el pasado marcaban los resultados que utilizaban el axioma de elección para que quedara claro cuándo se utilizaba. Esta costumbre ha disminuido con el tiempo, ya que los argumentos de principios del siglo XX se han desvanecido un poco en la historia; un efecto secundario de la costumbre es que reforzó la idea persistente de que había algo único en el axioma de elección en comparación con el resto de ZFC.

Estos tres axiomas (regularidad, sustitución y elección) se separan, en varios momentos, del resto de ZFC, dejando atrás teorías de conjuntos más débiles. La razón principal por la que la gente piensa en el axioma de elección como especial, en lugar de la regularidad o el reemplazo, es que el axioma de elección ha sido el más discutido en las divulgaciones y los libros de texto de grado. Pero desde el punto de vista de la ZFC no es en absoluto el único axioma que requiere un esfuerzo de motivación.

4voto

John Smith Puntos 53

El axioma básico de la "teoría ingenua de conjuntos" es la comprensión general: Para cualquier propiedad $P$ se puede formar el conjunto formado por todos los elementos que satisfacen $P$ . La paradoja de Russell muestra que la comprensión general es inconsistente, por lo que hay que desglosarla en tipos de comprensión más restringidos.

Los demás axiomas de ZF (excepto el de fundamentación) son todos casos especiales de la comprensión general. Por ejemplo, el axioma del conjunto de potencia afirma que la clase de todos los subconjuntos de $X$ es un conjunto. Sustitución con respecto a $\phi(x,y)$ afirma que la clase de pares $(x,y)$ satisfaciendo $\phi(x,y)$ es un conjunto. La afirmación de separación es obviamente un subcaso de la comprensión general.

La elección es muy diferente, porque afirma la existencia de un conjunto que no satisface una frase definitoria específica.

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Joel Puntos 101

Me gustaría añadir una cita (de la que he olvidado la referencia) que creo que dice así:

Le site axioma de elección es obviamente cierto, el teorema del buen orden es obviamente falso, y nadie sabe de El lema de Zorn .

(Por favor, corregidme si lo recuerdo mal...)

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