内容简介
This book has two main themes: the Baire category theorem as a method for proving existence, and the "duality" between measure and category. The category method is illustrated by a variety of typical applications, and the analogy between measure and category is explored in all of its ramifications. To this end, the elements of metric topology are reviewed and the principal properties of Lebesgue measure are derived. It turns out that Lebesgue integration is not essential for present purposes——the Riemann integral is sufficient. Concepts of general measure theory and topology are introduced, but not just for the sake of generality. Needless to say, the term "category" refers always to Baire category; it has nothing to do with the term as it is used in homological algebra
内页插图
目录
1.MeasureandCategoryontheLine
2.LiouvilleNumbers
3.LebesgueMeasureinr-Space
4.ThePropertyofBaire
5.Non-MeasurableSets
6.TheBanach-MazurGame
7.FunctionsofFirstClass
8.TheTheoremsofLusinandEgoroff
9.MetricandTopologicalSpaces
10.ExamplesofMetricSpaces
11.NowhereDifferentiableFunctions
12.TheTheoremofAlexandroff
13.TransformingLinearSetsintoNullsets
14.Fubini'sTheorem
15.TheKuratowski-UlamTheorem
16.TheBanachCategoryTheorem
17.ThePoincareRecurrenceTheorem
18.TransitiveTransformations
19.TheSierpinski-ErdosDualityTheorem
20.ExamplesofDuality
21.TheExtendedPrincipleofDuality
22.CategoryMeasureSpaces
SupplementaryNotesandRemarks
References
SupplementaryReferences
Index
前言/序言
This book has two main themes:the Baire category theorem as a method for proving existence。and the“duality”between me.~SUl'e and category. The category method iS illustrated by a variety of typical applications, and the analogy between measure and category iS explored in all of its ramifications.To this end,the elements of metric topology are reviewed and the principal properties of Lcbesgue measure are derived.It turns out that Lebesgue integration is not essential for present purposes-ltheRiemann integral is SUfIident.Concepts of general measure theory andtopology are introduced,but not iust for the sake of generality.Needlesstosay,theterm“category”refersalwaystoBairecategory;ithasnothingtodOwiththetermasitiSusedin homologicalalgebra.
A knowiedge of calculus is presupposed,and some familiarity with the algebra of sets.The questions discussed are ones that lend themselves naturally to set-theoretical formulation.The book is intended as an introduction to this kind of analysis.It could be used to supplement a standard cOUrse in real analysis,as the basis for a seminar,or for inde. pendent study.It is primarily expository。but a few refinements of known results are included,notably Theorem 15.6 and Proposition 204.The references are not intended to be complete.Frequently a secondary source is cited where additional references may be found.
The book iS a revised and expanded version of notes originaily prepared for a course of lectures givfn at Haverford College during the spring of 1957 under the auspiccs of the William Pyle Philips Fund. These,in turn,were based on the Earle Raymond Hedrick Lectures presented at the Summer Meeting of the Mathematical Association of America at Seattle,Washington。in August.1956.
好的,这是一本名为《数学基础与逻辑探究:集合论、模型论与可计算性理论》的图书简介,旨在深入探讨现代数学的基石,着重于逻辑结构、系统的一致性以及计算的本质。 --- 数学基础与逻辑探究:集合论、模型论与可计算性理论 内容简介 《数学基础与逻辑探究:集合论、模型论与可计算性理论》是一部旨在为读者提供严谨的、现代数学基础知识体系的专著。本书聚焦于二十世纪以来数学逻辑和基础理论的三个核心支柱:集合论、模型论与可计算性理论(或称递归论)。它不仅是为高等数学专业学生、理论计算机科学家准备的教材,也是为所有对数学的内在结构、形式系统的局限性以及计算本质抱有浓厚兴趣的学者和研究人员量身定制的深度指南。 本书结构清晰,层层递进,从最基本的集合论公理出发,逐步引向复杂的形式系统、逻辑推理的极限,以及可计算性的精确界定。全书力求在保持数学严谨性的同时,辅以充分的直观解释和经典范例,帮助读者建立起对这些抽象概念的深刻理解。 第一部分:集合论的公理化基础(Axiomatic Set Theory) 本部分致力于建立集合论的稳固基石,这是几乎所有现代数学分支的共同语言和基础。 1. 朴素集合论的回顾与危机: 简要回顾朴素集合论的直观概念,并详细阐述罗素悖论、Burali-Forti悖论等经典悖论如何催生了对更严格公理化系统的需求。 2. ZFC公理系统的构建: 详细介绍策梅洛-弗兰克尔集合论(Zermelo-Fraenkel Set Theory, ZF)及其加上选择公理(Axiom of Choice, AC)后的ZFC系统。每一条公理——外延性、空集、配对、并集、幂集、分离、替换、空集、正则性(或称基础性)——都将单独进行详尽的阐述,说明其在构建数学宇宙中的必要性和作用。 3. 构造性宇宙与序数/基数: 深入探讨冯·诺依曼序数的构造,以及如何利用良序关系定义和比较序数(Ordinals)。随后,重点讨论基数(Cardinals)的概念,包括 $aleph$ 数系和连续统(Continuum)。书中将对良序定理、良序集和选择公理之间的等价性进行严谨的证明和分析。 4. 强有力的公理: 集中探讨对数学实践影响深远的强大公理,如选择公理(AC)、选择函数的存在性,以及基基定理(Hahn-Banach Theorem)在函数空间中的体现。此外,本书会涉及选择公理的独立性,即通过哥德尔的可定义性构造(Constructible Universe, $L$)来证明ZF中AC的相对一致性。 5. 独立性问题: 介绍力迫法(Forcing)这一革命性的技术,用于证明某些命题(如连续统假设CH)相对于ZFC是不可判定的。这一章节将详述Cohen的工作,展示如何向一个模型添加新的集合而不破坏已有的公理,从而构建出满足或不满足特定假设的新集合论宇宙。 第二部分:模型论的逻辑桥梁(Model Theory) 模型论是研究形式语言、其结构(模型)以及它们之间关系的学科。本部分着重于连接纯粹的逻辑推理与具体的数学结构。 1. 形式语言与结构: 界定一阶逻辑(First-Order Logic)的语法(项、公式、真值)和语义(结构、满足关系)。详细解释如何为不同的数学结构(如群、环、域、图)定义相应的语言。 2. 基本定理: 严谨证明模型论的两个奠基性定理: 紧致性定理(Compactness Theorem): 阐述一组公式集可满足的充要条件是其任意有限子集都可满足。本书将展示该定理在证明代数结构存在性时的强大应用。 完全性定理(Completeness Theorem): 证明一个公式可被证明的充要条件是它在所有模型中都为真(即逻辑可证性等价于语义有效性)。 3. 初等嵌入与同态: 讨论子结构、初等子结构、同态与同构。重点分析洛文海姆-斯科伦定理(Löwenheim–Skolem Theorems),特别是下述定理,它揭示了无限模型存在着不可数或可数的模型,这对集合论中对“基数大小”的理解具有深刻的哲学意义。 4. 量词的表达能力: 分析一阶逻辑在描述数学结构上的局限性。介绍基本子结构(Elementary Substructures)的概念,并讨论如何通过引入更强的逻辑(如高阶逻辑)来避免某些在第一阶逻辑中无法避免的“非标准模型”现象。 5. 饱和性与超原子模型: 引入饱和模型(Saturated Models)的概念,探讨具有特定性质的模型类,例如完备性、极小性,以及如何使用饱和模型来研究特定代数结构的内部结构。 第三部分:可计算性理论与递归论(Computability Theory / Recursion Theory) 本部分从逻辑和数学的角度探讨“什么是可计算的”,以及计算过程的内在限制。 1. 可计算性的直觉与形式化: 追溯图灵(Turing)的工作,介绍图灵机(Turing Machine)作为可计算性最广泛接受的形式化定义。详细描述图灵机的结构、操作和可计算函数。 2. 可判定性与不可判定性: 阐述停机问题(Halting Problem)的不可判定性,这是计算理论中最核心的限制。通过对图灵机进行编码,利用对角线论法证明某些数学问题(如一阶逻辑的可证性问题)在一般情况下是不可判定的。 3. 可递归函数与递归性: 介绍递归函数(Recursive Functions)(或称 $mu$-递归函数),并证明它们与图灵可计算函数是完全等价的,从而确立了邱奇-图灵论题(Church-Turing Thesis)的地位。 4. 递归论中的结构: 转向更抽象的递归论,分析递归集(Recursive Sets)和递归枚举集(Recursively Enumerable Sets, r.e. sets)的性质。引入Rice定理,该定理表明任何关于一个函数行为的非平凡的、只依赖于函数自身的性质都是不可判定的。 5. 算术的可行性与哥德尔第二不完备定理: 连接第二部分(集合论/逻辑)与第三部分(计算)。探讨哥德尔的第二不完备定理——如果一个足够强的、包含算术的公理系统是一致的,那么它不能证明自身的一致性。本书将分析该证明中如何利用可计算性工具来编码算术公式。 --- 适用对象: 数学系(本科高年级、研究生)、理论计算机科学、哲学逻辑专业的学生及研究人员。 本书特点: 本书通过将集合论的构造性、模型论的形式化表达能力以及可计算性理论的内在界限这三者紧密结合,为读者提供了一个统一的视角来理解现代数学的逻辑基石及其能力范围,避免了传统教材中三者相对孤立的教学方式。全书的推理过程力求清晰、自洽,并包含大量的练习题以供巩固理解。