Co to je Temno? -=-=-=-=-=-=-=-=- Temno začíná tam, kde logika končí Tak Temno (Teorie množin) je to, co se bere v první třídě a také to je jeden z nejobávanějších přemětů na Matfyzu. Osobně nevím proč, protože mě se temno moc líbí. V principu jde o nadefinování všech pojmů v matematice pomocí množin. Díky tomu potom jde dokázat mnoho dalších věcí, které z povrchních definicí používaných v jiných disciplínách v matematkyi nejsou jasné. Množiny jsou přesně definovány pomocí několika axiomů, které jsou vždy pravdivé. Jedna z možných axiomatizaci je Zermelo-Fraenklinova (1920). Ta obsahuje přibližně následující axiomy: - Axiom existence (existuje x,x=x) - zaručuje, že se máme o čem bavit - Axiom dvojice - pro každé x a y existuje z, kde platí, že z={x,y}. Jednoduše řečeno, že dvě množiny jde dát dohromady do jedné. - Axiom sumy - pro každé x existuje y, kde platí, že z je prvkem y, právě tehdy, když existuje a prvkem x a z je prvkem a. Tedy že lze spojit prvky prvků některé množiny do jedné. Například {{a,b},{c,d,e}} do {a,b,c,d,e} - Axiom potence - pro každou mnotinu existuje množina jejích podmnožin. - Schéma axiomu nahrazení. Pokud vezmu nějakou formuli, která převádí jeden prvek na jiný, můžu pomocí ní nahradit všechny prvky některé množiny a vytvořit tak množinu novou - Axiom nekonečna - existuje nekonečná množina - Axiom fundovanosti - každá množina různá od 0 obsahuje x, kde x průnik a je prázdná množina Tyto axiomy velice přesně říkají, co to je množina. Víme z nich, že existuje minimálně množina 0. Z axiomu dvojice ale víme, že existuje i množina obsahující 0 - tedy {0} - vezmu za x i y 0 a pak je z={0,0}. Opakující se prvky se v množině ruší a je to tedy {0}. Podobně můžu získat množinu obsahující množinu, co obsahuje prázdnou množinu - {{0}}. Navíc vím, že libovolné množiny můžu sjednotit pomocí kombinace axiomu dvojice a axiomu sumy. Mužu tedy sjednotit {0} a {{0}} a získat {0,{0}}. Podobně můžu získat {0,{0},{0,0}}. A nadefinovat: Nula je prázdná množina. 1 je {0} 2 je {0,{0}} 3 je {0,{0},{0,{0}}} (tedy zkráceně {0,1,2}) atd... A mám všechny přirozená čísla. Umím příčítat jedničku - x+1 je {x} sjednoceno z x. Umím i odčítat - řeknu, že x-1 je takové y, pro které platí, že y+1=x. Abych uměl přičítat libovolné y. Musím říct, že: x+0 = x x+y = (x+1) + (y-1) A to stačí, protože, pokud y bude různé od nuly, sníží se o jedna a postup ze zopakuje. To se bude dít tak dlouho, až y bude nula. Podobně můžu nadefinovat odčítání, násobení a dělění, záporná čísla, zlomky (racionální čísla), reálná čísla a získat tak klasickou matematiku. Zajímavé ale je, že Temno umí víc. Podle axiomu nekonečna existují nekonečné množiny. Jednu z nich jsem už vlastně nadefinoval. Nekonečným opakováním operace x+1 získám všechny přirozená čísla. Ty můžu sjednotit do množiny a získám tak množinu všech přirozených čísel. Ta se značí omega (já ji budu psát jako ). Tato množina je nekonečná. Zajimavé ale je, že má přesně stejné vlastnosti, jako přirozená čísla - obsahuje všechny menší čísla. Můžu se tedy na ní dívat jako na normální číslo a zase opakovat operaci x+1 a získat tak +1 atd. Mám tedy "větší nekonečno" než nekonečno? Jedna z metod jak zjistit, jestli je něčeho víc (například víc lidí, než židlí) je každého člověka posadit na židli a zjistit, jestli někdo přebývá. Podobně to můžu zkusit i zde. Zajímavé je, že pokud budu postupovat hloupě - přiřazovat nulu nule, jedničku jedničce, vypotřebuju všechny prvky na prvních prvků +1 a na ten poslední se nedostane. Odpověď tedy zní < +1. Na druhou stranu, pokud budu chytřejší a přiřadím nulu , jedničku nule, dvojku jedničce atd, prvky mi nedojdou - pro každé přirozené x existuje i x+1. A výsledek tedy je = +1. Odpověď tedy zní "je i není". Proto musím mít dva přístupy k věci. Ordinální aritmetika počítá, že x=x, právě tehdy, když existuje přiřazení "hloupým" zpusobem (tedy bez přeházení pořadí prvků). a +1 jsou potom různá čísla. Kardinální aritmetika zase používá chytrý zpusob, tedy = +1 = +2 atd.. Máme tu tedy posloupnost ordinálů: 1, 2, 3, ....., +1 ,+2, .....+ (2*).... na atd... Zatímco o kardinálech víme, jenom že existuje 1, 2, 3, ..... Múžeme se ptát: "existuje ještě nějaký větší kardinál?". Můžeme zkoušet různá nekonečna. Například na (to si můžeme představit jako dvojice přirozených čísel - tedy je jich víc, než racionálních čísel (zlomků)). Snadno ale zjistíme, že těchto čísel je stejně. Například můžeme x a y vzít, zapsat v 9 soustavě a potom napsat zasebou oddělené 9, tedy třeba x=7, y=8 je číslo 798. Získáme tak přirozené číslo. Tak jsme tedy přiřadili každé dvojici prirozených čísel jedno přirozené číslo a víme tedy, že dvojic prirozených čísel je méně (nebo stejně) jako přirozených čísel. Goedel dokázal, že reálných čísel je víc. Dokonce zjistil, že je víc čísel mezi 0 a 1. To se dokáže jednoduše. Každé takové číslo lze zapsat jako desetiný rozvoj - tedy nekonečnou posloupnost 0-9. Pokud bych každému reálnému číslu přiřadil přirozené, mohl bych je napsad do tabulky pod sebe: 1 -> 0 9 4 2 3 4 5 6 7 ...... 2 -> 1 2 4 5 3 2 6 7 8 ...... 3 -> 4 5 2 6 3 4 5 6 7 ...... ........................... A žádné reálné číslo by tam nechybělo. Já ale o jednom takovém vím. Pokud vezmu čísla z úhlopříčky 1 -> 0 9 4 2 3 4 5 6 7 ...... 2 -> 1 2 4 5 3 2 6 7 8 ...... 3 -> 4 5 2 6 3 4 5 6 7 ...... ........................... Získém nekonečnou posloupnost cifer. Potom můžu cifry změnit - například 0 přiřadit 2, 1 přiřadit 3 ... 8 přiřadit 0 a 9 přiřadit 1. Nyní mám číslo, o kterém vím, že se od každého čísla v tabulce liší alespoň jednou cifrou a proto tam chybí. Podobným způsobem se dá dokázat, že ka6dá množina všech podmnožin je větší a proto mám i nekonečně kardinálních nekonečen. Ty se značí aleph (to je ), aleph1 (to je nekonečno reálných čísel), aleph2 atd... Dokonce můžeme dokázat, že ordinálních čísel je víc, než se vejde do množiny. Protože kdyby existovala množina obsahující všechny ordinály, byla by také ordinál a proto by musela obsahovat i sama sebe. Takže tu máme nekonečně mnoho nekonečen a další zajímavé věci. Některé z nich vedou k zvláštním výsledkům. Proto si mnoho matematiků položilo otázku, jestli je to správně a jestli základní axiomy fungují. Ví se, že axiomy nesmí obsahovat spor - protože pokud obsahují spor, můžete dokázat cokoliv. Proto se Cantor pokoušel dokázat jejich bezespornost. Goedl ale dokázal, že to nejde. Pokud jsou axiomy správně, nidky to nedokážem. Přístup Goedla k matematice je celkově zajímavý - je velmi destruktivní, vždy dokázal, že něco nejde. Například, že každá teorie obsahující matematiku je neúplná. Cantor se velkou část svého života zabýval otázkou, jestli existuje nekonečno mezi nekonečnem přirozených a reálných čísel. Goedl potom dokázal že to je jedno. Nakonec prohlásil, že matematiku nemá smysl axiomatizovat a že lze na ni pouze nazírat. Každý pátek se potom zavíral v temné místnosti a nazíral na matematiku. Našlo se několik dalších problémů. Například lze dokázat, že buďto existuje nekonečná množina složená z konečně mnoha konečných, nebo lze kouli rozřezat na konečný počet dílů a složit z nich dvě koule. Proto matematici uvažují nad tím, jestli vůbec lze z nekonečnem takto počítat a jestli může nekonečno existovat někde pohromadě jako množina. Zatím jediný důkaz pro toto tvrzení udělal Bolzáno: - Věta 1: existuje pravda o sobě (tedy že existuje pravda - pokud by pravda neexistovala, věta "pravda neexistuje" by byla pravdivá a proto by pravda musela existovat. Věta "existuje pravda" je tedy pravdivá. - Věta 2: Věta 1 je pravdivá (to je samozřejmě také pravda) - Věta 3: Věta 2 je pravdivá (to je samozřejmě také pravda) ..... tím získám nekonečně mnoho vět. Pořád to ale není nekonečno pohromadě ale nekonečno vzniklé opakováním. Aby Bolzáno získal nekonečno pohromadě, udělal následující obrat: všechny tyto věty jsou pravdivé a proto všechny existují v mysly boha, protože bůh zná všechny pravdy. A proto tedy existuje aktuální nekonečno. Přeberte si to jak chcete, já už budu končit... Myslím že jsem toho napsal dost. Víc se dozvíte na Matfyzu. výheň