
- •Зачем обучать математике (мнение в. Успенского). Демократичность математики.
- •Что такое логика. Примеры ошибок в логических рассуждениях. Формальная логика Аристотеля. Переход от формальной логики к математической. Что такое математическая логика?
- •Существует ли математический мир независимо от нас или создается нами? – два мнения. Математики открывают или изобретают? Сущность математики (точка зрения н. Н. Непейводы).
- •Зачем Вам изучать формальный язык? Значение математической логики для программирования.
- •Парадоксы. Что является источником парадоксов в математике. Парадокс лжеца. Парадокс Сократа и Платона. Парадокс Альберта Саксонского. Значение парадоксов для математики.
- •Парадоксы. Что является источником парадоксов в математике. Парадокс Берри. Парадокс брадобрея. Значение парадоксов для математики.
- •Парадоксы. Что является источником парадоксов в математике. Парадокс о прямом и противоположном утверждение. Парадокс о прямоугольнике с числами. Значение парадоксов для математики.
- •Задача о двух шкатулках. Логика и реальный мир.
- •Что такое высказывание? Атомарные и сложные высказывания. Соглашение об истинностных значениях высказываний. Соглашение об истинностном значении сложного высказывания.
- •Формальный язык. Предметы и универсум. Константы и переменные. Функции. Термы. Отношения и предикаты. Элементарные формулы. Сложные формулы. Интерпретация формул.
- •Примеры нестандартной оценки истинности автореферентных (самоссылочных высказываний). Пример Клини для конъюнкции. Примеры для отрицания.
- •Логические связки: эквиваленция, импликация (обоснование таблицы истинности для импликации). Какие утверждения при переводе на формальный язык используют импликацию и эквиваленцию.
- •Логические связки: квантор общности и квантор существования. Язык первого порядка.
- •Как переводить высказывания на формальный язык.
- •Равенство. Основной закон равенства. Как представить единственность и не единственность на формальном языке.
- •Пропозициональные формулы. Таблицы истинности.
- •Тавтологии, противоречия и выполнимые формулы. Примеры тавтологий.
- •Как доказывать, что данная формула является тавтологией. Два способа.
- •Равносильные формулы. Примеры равносильностей. Способы доказательств равносильностей.
- •Теорема о равносильных преобразованиях (с доказательством).
- •Интуитивная теория множеств. Принцип абстракции и принцип объемности. Как доказывать равенство множеств?
- •Отношение включения. Пустое множество. Множество–степень. Парадокс Бертрана Рассела и его значение.
- •Операции над множествами: объединение, пересечение, относительное дополнение, симметрическая разность, абсолютное дополнение. Значение диаграмм Эйлера.
- •Основные булевы тождества для операций над множествами. Как их доказывать.
- •Упорядоченные пары и n-ки. Прямое произведение множеств. Отношения. Область определения и область значений отношения. Обратное отношение.
- •Композиция отношений. Определения рефлексивности, симметричности, транзитивности и антисимметричности. Примеры отношений.
- •Отношение эквивалентности. Примеры. Классы эквивалентности. Свойства классов эквивалентностей.
- •Разбиения множеств. Связь разбиения множества и отношения эквивалентности. Фактор–множество.
- •Частичный порядок. Линейный порядок. Примеры.
- •Определение функции. N-местные функции. Инъективность, сюръективностьь и биективность. Примеры.
- •Обратное отображение. Теорема о существовании обратного отображения (доказательство). Примеры.
- •Определение формальной теории. Выводимость. Доказуемые формулы.
- •Примеры формальных теорий. Теоремы и метатеоремы.
- •Математическая индукция. Индуктивные определения. Принцип индукции по построению объекта. Пример доказательства с математической индукцией.
- •Неформальное определение доказательства. Использование доказательства в математике. Виды доказательств.
- •Доказательство контрпримером. Доказательство от противного. Пример доказательства.
- •Понятие алгоритма и неформальная вычислимость.
- •Определение частично–рекурсивных функций. Базисные функции.
- •Операции суперпозиции, примитивной рекурсии и минимизации.
- •Примитивно–рекурсивные и частично–рекурсивные функции. Функция Аккермана.
- •Машины Тьюринга.
- •Альтернативные способы формализации понятия алгоритма и вычислимых функций. Основной результат. Тезис Чёрча.
- •Некоторые алгоритмически неразрешимые проблемы.
- •Сравнение скорости роста функций (o – большое). Сводка результатов о сравнении функций.
- •Асимптотическая временная сложность алгоритмов.
- •Что больше влияет на максимальный размер задачи, которую мы можем решить: скорость вычисления или сложность алгоритма?
- •Сложность задач.
- •Классификация задач по их сложности. Задачи полиномиальной сложности и задачи экспоненциальной сложности.
- •Задачи, не попадающие ни в класс e, ни в класс p.
-
Отношение включения. Пустое множество. Множество–степень. Парадокс Бертрана Рассела и его значение.
• Множество A есть подмножество множества B (обозначается A⊆B), если каждый элемент A есть элемент B; т.е. если x∈A, то x∈B. Отношение ⊆ между множествами называется отношением включения.
• В частности, каждое множество есть подмножество самого себя. Если A не является подмножеством B, то, значит, существует элемент A, не принадлежащий B.
• Следовательно, {1, 2, 3} ⊆ {1, 2, 3, 4}, но {1, 2, 5} не является подмножеством {1, 2, 3, 4}.
• Если A = {x| x – футболист факультета}, B = {x| x – спортсмен факультета}, а C = {x| x – самый сильный математик
факультета}, то A⊆B, а C не является подмножеством B.
• Заметим, что: а) X⊆X; б) если X⊆Y, Y⊆Z, то X⊆Z; в) если X⊆Y и Y⊆X , то X=Y.
• Множество A есть собственное подмножество множества B (обозначается A⊂B), если A⊆B и A≠B. Если A не является собственным подмножеством B, то это означает, что либо A=B, либо существует элемент A, не принадлежащий B. Отношение ⊂ между множествами называется отношением строгого включения.
• Пример. Пусть A обозначает множество четных чисел, Q – множество рациональных чисел, R – множество действительных чисел, а C – множество комплексных чисел. Тогда выполняются строгие включения A⊂Q, Q⊂R, R⊂C.
• Очевидно, если X⊂Y, Y⊂Z, то X⊂Z.
• Не надо смешивать отношения принадлежности и включения. Например, имеем {1}∈{{1}} и {1} не является подмножеством {{1}}, с другой стороны 1∉{{1}}, так как единственным элементом множества {{1}} является {1}.
• Теперь мы можем утверждать, что доказательство равенства множеств A и B состоит из двух этапов: Доказать, что A есть подмножество B. Доказать, что B есть подмножество A.
• Множество, не содержащее элементов, называется пустым и обозначается ∅.
• Пустое множество есть подмножество любого множества. Очевидно, что пустое множество задается тождественно ложным характеристическим свойством, и соответственно все пустые множества равны. Поэтому считается, что множество квадратных кругов равно множеству белых ворон.
• Множество всех подмножеств A называется множеством-степенью и обозначается P(A).
• Из определения следует, что X∈P(A), тогда и только тогда, когда X⊆A.
• Пример. Если A = {1,2,3}, то P(A) = {∅, {1}, {2},{3},{1, 2}, {1, 3}, {2,3}, A}.
• В дальнейшем неоднократно будем пользоваться утверждением, что если множество A состоит из n элементов, то множество P(A) состоит из 2n элементов.
Парадоксы в теории множеств
• В 1879 году итальянский логик Бурали-Форти, а немного позже выдающийся философ и логик Бертран Рассел (1872-1970) открыли парадоксы, связанные с интуитивным канторовским понятием множества.
• В математике рассматривается одна теория – теория множеств, которая длительное время претендовала на выразимость в ней всех математических понятий. В ней пытаются базироваться на одних лишь множествах, и тогда ее универсум должен быть множеством всех множеств.
• Но выяснилось, что принятие существования множества всех множеств приводит к парадоксам.
• Парадокс Б. Рассела (парадокс брадобрея)
Одна из аксиом «наивной» теории множеств: если X – множество, то для любого условия A имеем {x | x ∈ X & A(x)} – также множество.
Выберем теперь свойство A следующим образом A(x) – «x содержит себя в качестве элемента». Примером множества, обладающего свойством A, служит, например, множество всех бесконечных множеств. Если обозначить через U универсум – множество всех множеств, то тогда можно определить множество Y = {x | x ∈ U & ¬A(x)} = {x | x∈U & x∉x}.
Спрашивается, выполняется ли Y∈Y или Y∉Y? Этот парадокс свидетельствует о том, что широко используемая теория множеств в ее интуитивном, «наивном» изложении является противоречивой. Для устранения таких противоречий и парадоксов для теории множеств были предложены аксиоматические системы. Наиболее известны системы:
• Цермело–Френкеля–фон Неймана,
• Гильберта–Бернайса–Гёделя.
• Рассела–Уайтхеда.
Формализация теории множеств, связанная, в частности, с устранением парадоксов, способствовала развитию не только методов теории множеств, но и такой науки, как математическая логика. Математики вышли из затруднительного положения как всегда с честью, но не без потерь и хитростей: было просто принято, что множества всех множеств нет и универсум теории множеств сам множеством не считается.