SYSTEMATIC MATHEMATICS

证明、逻辑与集合论

本课程分为 8 个按内容确定长度的单元,各单元分别有 5、5、6、5、4、4、5、4 章,共 38 个可直接学习的知识章节。题目说“请证明”时,到底要完成什么?课程从“每位学生都提交了”和“至少一位学生提交了”这样的普通句子开始,说明为什么只改一个词,命题就会改变。符号在参加运算前都先读成完整句子。课程区分全称证明中的任意对象与存在证明中的新见证,区分公式语法与解释含义,并明确每个新集合由哪条 ZF 或 ZFC 构造规则授权,而不是诉诸不受限制的全集。随后通过 Cantor 对角论证、Cantor–Schröder–Bernstein 定理与显式可数并编码建立基数理论;同时区分有限选择与选择公理,检查商运算是否与代表元无关,并把归纳扩展到极限阶段。直接、间接、空真、构造、非构造、递归、不变量与超限证明都按不同义务逐项讲解。每次应用定理都必须匹配对象类型与每个假设;双语基数综合项目保留为最后一章。

本课程之前: 已完成离散数学。课程假设掌握其中的初等逻辑、集合、函数、直接证明、反证、计数、归纳、递归与图论词汇,但不要求微积分、线性代数、抽象代数或实分析。

COURSE FACTSLevel, chapters, units, prerequisite, and outcome
第 1 章

陈述把每个变量约束到论域

目标: 为什么 ∃y∀x, x+y=0 表达更强命题?

公式只有在自由变量被赋值或量化且符号获得解释后,才成为具有真值的数学陈述。

对象与证明义务:变量出现若位于相应量词作用域内就是约束出现,否则是自由出现。 本节要建立的结论是:对实数 x,x²≥0 成立;但 x 自由出现的 x²≥0 是开放公式而非完整命题。 分开假设与目标,约束每个变量,并说明证明需要任意对象、见证还是反例。

例题是:封闭公式 x+y=0,使其陈述每个实数 x 都有加法逆元。 先“声明 x,y∈ℝ。”,最后以“写成 ∀x∈ℝ ∃y∈ℝ, x+y=0。”闭合论证。再把所得证明义务与这个边界比较:把论域改为复数后,若无额外结构,序关系 ≥ 没有定义。

对实数 x,x²≥0 成立;但 x 自由出现的 x²≥0 是开放公式而非完整命题。

声明论域 ℝ。 这一步明确当前论域、规则或推理。

全称约束 x:∀x∈ℝ, x²≥0。 这一步明确当前论域、规则或推理。

每个实数平方是同号因子乘积,因此非负。

封闭公式 x+y=0,使其陈述每个实数 x 都有加法逆元。

  1. 声明 x,y∈ℝ。 这一步验证所述构造或蕴含。
  2. 选择量词顺序 ∀x∃y。
  3. 写成 ∀x∈ℝ ∃y∈ℝ, x+y=0。 这一步验证所述构造或蕴含。

结果: 封闭陈述是 ∀x∈ℝ ∃y∈ℝ,使 x+y=0。