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浅谈集合论的发展及反思 _数学与应用数学论文

发布时间:2015-05-24 来源:人大经济论坛

全文字数:4345

浅谈集合论的发展及反思
[摘 要]对集合论发展的历史进行了论述与分析,阐述了康托尔在集合论创立过程中的思维历程和科学思想,展现了从集合概念到朴素集合论和公理化集合论的发展历程,评述了康托尔的历史功绩。对集合论的创立进行了反思,任何一门数学理论的诞生和发展都不是一蹴而就的,都需要数学家卓绝的智慧和坚忍不拔的毅力。
[关键词] 集合论 反思 康托尔。
一、集合概念的创立
发展的毕业升入高一级学校的同学们会一致发现自己所学的第一个数学概念都是:集合。这门研究集合的数学理论在现代数学中被恰当地称为集合论。它是数学的一个基本分支,在数学中占据着一个极其独特的地位,其基本概念已渗透到数学的所有领域。集合论是德国著名数学家康托尔于19世纪末创立的。十七世纪数学中出现了一门新的分支:微积分。在之后的一二百年中这一崭新学科获得了飞速发展并结出了丰硕成果。其推进速度之快使人来不及检查和巩固它的理论基础。十九世纪初,许多迫切问题得到解决后,出现了一场重建数学基础的运动。正是在这场运动中,康托尔开始探讨了前人从未碰过的实数点集,这是集合论研究的开端。到1874年康托尔开始一般地提出“集合”的概念。他对集合所下的定义是:把若干确定的有区别的(不论是具体的或抽象的)事物合并起来,看作一个整体,就称为一个集合,其中各事物称为该集合的元素。人们把康托尔于1873年12月7日给戴德金的信中最早提出集合论思想的那一天定为集合论诞生日,以纪念康托尔的不朽功绩。
二、朴素集合论的创立
数学与无穷有着不解之缘,但在研究无穷的道路上却布满了陷阱。因为这一原因,在数学发展的历程中,数学家们始终以一种怀疑的眼光看待无穷,并尽可能回避这一概念。但试图把握无限的康托尔却勇敢地踏上了这条充满陷阱的不归路。他把无穷集这一词汇引入数学,从而进入了一片未开垦的处女地,开辟出一个奇妙无比的新世界。对无穷集的研究使他打开了“无限”这一数学上的潘多拉盒子。
在此以前数学家们只是把无限看作永远在延伸着的,一种变化着成长着的东西来解释。无限永远处在构造中,永远完成不了,是潜在的,而不是实在。这种关于无穷的观念在数学上被称为潜无限。十八世纪数学王子高斯就持这种观点。用他的话说,就是“……我反对将无穷量作为一个实体,这在数学中是从来不允许的。所谓无穷,只是一种说话的方式……”而当康托尔把全体自然数看作一个集合时,他是把无限的整体作为了一个构造完成了的东西,这样他就肯定了作为完成整体的无穷,这种观念在数学上称为实无限思想。由于潜无限思想在微积分的基础重建中已经获得了全面胜利,康托尔的实无限思想在当时遭到一些数学家的批评与攻击是无足为怪的。然而康托尔并未就此止步,他以完全前所未有的方式,继续正面探讨无穷。他在实无限观念基础上进一步得出一系列结论,创立了令人振奋的、意义十分深远的理论。这一理论使人们真正进入了一个难以捉摸的奇特的无限世界。
最能显示出他独创性的是他对无穷集元素个数问题的研究。他提出用一一对应准则来比较无穷集元素的个数。他把元素间能建立一一对应的集合称为个数相同,用他自己的概念是等势。由于一个无穷集可以与它的真子集建立一一对应――例如同学们很容易发现自然数集与正偶数集之间存在着一一对应关系――也就是说无穷集可以与它的真子集等势,即具有相同的个数。这与传统观念“全体大于部分”相矛盾。而康托尔认为这恰恰是无穷集的特征。在此意义上,自然数集与正偶数集具有了相同的个数,他将其称为可数集。又可容易地证明有理数集与自然数集等势,因而有理数集也是可数集。后来当他又证明了代数数集合也是可数集时,一个很自然的想法是无穷集是清一色的,都是可数集。但出乎意料的是,他在1873年证明了实数集的势大于自然数集。这不但意味着无理数远远多于有理数,而且显然庞大的

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