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2013年7月21日 星期日

Grothendieck universe - 談範疇的定義跟大小分類

歷史回顧

首先回顧發展公設集合論的動機,羅素悖論(Russell's Paradox):
令 $V = \{ S : S \not\in S \}$ 為所有不屬於自己的集合,試考慮 $V$ 是否屬於 $V$ 自己?
一般口語的說法是,假若 $V \in V$,則根據 $ V$ 的構造性質,$V \not\in V$;若 $V \not\in V$,則同理得到 $V \in V$,而不論哪一種,都會得到與前提違悖的結果。我們正式地說,考慮 Naive Set Theory,也就是一個帶有 $\in$ 關係以及底下公設模式(Axiom Schema):對任意用 $x$ 符號為 free variable 的邏輯述句 $P(x)$ 都有
\[\exists y . \forall x . (x \in y \iff P(x))\]
的一階邏輯理論(first-order theory)。 那麼我們考慮 $P(x) = x \not\in x$,以上公設配合一階邏輯會推出\[y \in y \iff y \not\in y\]說明 Naive Set Theory 本身不一致,甚至根據爆炸原理(Principle of Explosion)從而可以證明任何描述,也就是即便 $1\neq 1$這樣的描述都可以成真。很顯然地,這樣的集合論我們沒辦法接受,促使了羅素(B. Russell)發展了型別理論(Type Theory)以及 Zermelo 跟 Fraenkel 發展目前標準的公設集合論——Zermelo–Fraenkel set theory (ZF)。