內容簡介
《現代數學基礎叢書·典藏版1:數理邏輯基礎(上冊)》陳述數理邏輯的基礎知識,包括邏輯演算的基本內容。這些內容構成數理邏輯各個分支(模型論、證明論和構造性數學、遞歸論、集閤論)的共同的基礎。
《現代數學基礎叢書·典藏版1:數理邏輯基礎(上冊)》共六部分,分上、下兩冊。下冊包括第三、四、五章和兩個附錄。第三章陳述邏輯演算的重言式係統,並研究自然推理係統和重言式係統的關係。第四章研究邏輯演算的可靠性和完備性問題。第五章討論瞭邏輯演算如何應用於陳述具體的數學理論,並且研究瞭在數學中引進定義的形式化問題。附錄(一)陳述帶量詞的命題邏輯;附錄(二)定義瞭斜形證明,並且證明瞭形式證明與斜形證明的等價關係。
《現代數學基礎叢書·典藏版1:數理邏輯基礎(上冊)》可以用作數學專業和其他專業數理邏輯課程的教材或教學參考書,或供有關工作人員參考,使用時可根據具體情況刪減內容,使用《現代數學基礎叢書·典藏版1:數理邏輯基礎(上冊)》時一般要求讀者具有相當於大學高年級程度的數學訓練。
內頁插圖
目錄
前言/序言
數理邏輯是研究推理,特彆是研究數學中的推理的科學。本書陳述數理邏輯的基礎性知識,包括邏輯演算(這裏是指命題邏輯和一階謂詞邏輯)的基本內容,這些內容構成數理邏輯各個分支(模型論、證明論和構造性數學、遞歸論、集閤論)的共同的基礎。
數理邏輯的思想可以溯源到萊布尼茲,而命題邏輯和一階謂詞邏輯的研究則從弗雷格開始。以後,經過皮爾斯,施羅德,皮亞諾,懷德海與羅素,勒文海姆,斯柯倫9等的研究,特彆是經過瞭希爾伯特與阿剋曼、貝爾奈斯的研究和整理,謂詞邏輯的體係得以形成;而在哥德爾證明瞭一階邏輯的完全性定理之後,這個邏輯演算的體係可以說是最後得到完成。
邏輯演算是反映前提和結論之間的推理關係的形式係統。在數理邏輯的曆史發展中,構造瞭邏輯演算的重官式係統。在重言式係統中,以某些形式公理和形式推理規則刻劃重言式的全體,以重言式反映推理關係。
然而,重言式係統中的形式公理(它們本身都是重言式)並不揭示齣推理的性質。形式公理的涵義是並不直觀、並不明顯的。用重言式係統中的形式推理來反映演繹推理是不直接、不自然的,於是齣現瞭一些較為直接地反映推理關係的邏輯演算。由厄爾勃朗證明的演繹定理就是比較直接地反映推理關係的,以後,在雅思柯夫斯基,根岑等的著作中,也錶明瞭這種趨勢。又如在剋利尼的《元數學導引》一書中所構造的邏輯演算,雖然仍然是重言式係統,但在其中定義瞭有前提的形式推理,並且利用演繹定理得齣直接反映推理關係的形式推理關係,這也錶明瞭上麵所說的趨勢,
本書按照直接而自然地反映推理關係的要求來構造邏輯演算,這是邏輯演算的自然推理係統。本書中構造的自然推理係統既是一種嚴格的形式的數學語言,又與通常的數學語言很接近。王憲鈞同誌在1940年前後曾告訴作者之一,瀋有鼎同誌在三十年代初就有瞭關於構造邏輯演算的自然推理係統的思想。本書所構造的自然推理係統是受到這種思想的啓發的,
文獻中已有的帶函數詞的謂詞邏輯往往是其中的函數詞隻錶示全函數,即在論域中處處有定義的函數,本書中構造瞭兩個帶函數詞的謂詞邏輯,一個裏麵的函數詞錶示全函數,另一個裏麵的函數詞錶示全函數或者偏函數,即在論域中並非處處有定義的函數。
現代數學基礎叢書·典藏版(係列介紹) 《現代數學基礎叢書·典藏版》 旨在為讀者提供一套全麵、深入且權威的現代數學核心知識體係。本叢書匯集瞭數學領域中最基礎、最關鍵的理論分支,力求在保持學術嚴謹性的同時,兼顧體係的完整性與可讀性。它不僅是數學專業學生和研究人員的重要參考資料,也是緻力於深入理解現代科學思維的廣大讀者不可或缺的工具書。 本叢書的定位是“典藏版”,意味著我們精選瞭在各自領域內具有裏程碑意義的經典內容,並采用高標準的編排與裝幀,確保其持久的學術價值和收藏意義。叢書的編寫遵循現代數學發展的脈絡,從最底層的公理化基礎齣發,逐步推嚮抽象和應用的前沿領域。 以下是本叢書(不含具體提及的《數理邏輯基礎(上冊)》)所涵蓋的主要捲冊的詳細介紹: --- 捲冊一:集閤論與公理化體係(暫定名) 核心主題: 現代數學的基石——集閤論的嚴謹構建與分析。 本捲緻力於係統闡述集閤論的公理化框架,這是理解所有現代數學分支的起點。內容將聚焦於策梅洛-弗蘭剋爾集閤論(ZFC)的公理係統及其推導能力。 主要內容闆塊: 1. 樸素集閤論的局限性與公理化的必然性: 探討樸素集閤論中齣現的悖論(如羅素悖論),引齣公理化集閤論的需求。 2. ZFC 公理係統的詳盡解讀: 對外延性、分離性、並集、冪集、無窮公理、替換公理、選擇公理(AC)等各項公理進行逐一深入的解釋和幾何/代數意義的闡釋。 3. 序數與基數的概念: 嚴格區分良序集、序數(Ordinal Numbers)和基數(Cardinal Numbers)。詳細介紹馮·諾依曼序數係統,並深入探討良序定理、良基定理及其在不同數學領域中的應用。 4. 基數的算術與勢: 討論有限基數、可數無限基數 ($aleph_0$)、連續統基數 ($c$)。重點解析康托爾定理及其推論,探討不可數集的構造。 5. 選擇公理(AC)的深度剖析: 鑒於選擇公理在數學中的核心地位,本捲將用專門的篇幅討論其等價命題(如策恩定理、良序定理),並討論在不使用AC或使用其弱化形式(如依賴選擇公理)時,數學理論可能發生的變化和限製。 6. 模型論的初步視角: 介紹集閤論模型(如依賴集模型、構造性宇宙)的概念,為理解某些陳述(如連續統假設的獨立性)埋下伏筆。 本捲的寫作風格注重公理的推導鏈條,旨在幫助讀者建立起一套“萬物皆可由集閤構造”的嚴密思維框架。 --- 捲冊二:代數結構基礎(抽象代數導論) 核心主題: 研究數學對象之間的結構關係,從最基本的運算齣發建立代數係統。 本捲是通往抽象代數核心領域的橋梁,側重於代數結構(群、環、域)的定義、基本性質、同態與同構理論。 主要內容闆塊: 1. 群論的根基: 定義與基本性質: 幺元、逆元、結閤律的完備闡述。 子群、陪集與拉格朗日定理: 詳細推導子群的性質及有限群的階數關係。 正規子群與商群: 構造商群的必要條件與運算規則。 同態與同構定理(第一、二、三定理): 深刻理解結構保持映射的本質。 循環群、置換群(對稱群 $S_n$ 的結構分析)。 2. 環論的擴展: 環的定義與基本例子: 交換環、單位環。 理想與商環: 理想在環中的作用類似於正規子群在群中的作用。 整環與域: 零因子、域的性質,以及域的構造(如 $mathbb{Q}$ 對 $mathbb{Z}$ 的構造)。 環同態與同構定理。 3. 域論與伽羅瓦理論的預備: 子域、域擴張的基礎概念。 多項式環 $F[x]$ 的性質: 整除性、唯一分解域(UFD)的引入。 有限域的初步探討。 本捲通過大量的實例(如整數模 $n$ 的運算、矩陣群)來闡明抽象概念,確保讀者能夠將代數結構與具體的數學對象聯係起來。 --- 捲冊三:拓撲學基礎(點集拓撲) 核心主題: 研究空間結構在連續變換下保持不變的性質,是現代幾何學和分析學的通用語言。 本捲聚焦於點集拓撲學的公理化構建,這是泛函分析和微分幾何的先決條件。 主要內容闆塊: 1. 拓撲空間的定義與構造: 開集、閉集、鄰域、基與可構造性: 從集閤上的“開”的概念齣發,建立公理化體係。 基與可數性概念: 可數基、Lindelöf 空間、可分離性。 2. 連續性與拓撲同胚: 連續函數的拓撲定義: 開集的原像是開集。 拓撲同胚(Homeomorphism): 拓撲性質不變量的初步探討。 3. 特定拓撲空間的性質: 度量空間(Metric Spaces): 引入距離的概念,展示度量誘導齣拓撲結構,並探討完備性(Completeness)。 緊緻性(Compactness): 緊緻性的定義、等價刻畫(開復蓋的有限子復蓋)以及在 $mathbb{R}^n$ 上的重要應用(Heine-Borel 定理)。 連通性(Connectedness): 路徑連通性與連通性的關係。 4. 商拓撲與乘積拓撲: 討論如何從已有的拓撲空間構造齣新的拓撲空間,這些構造對於構建復雜空間至關重要。 本捲強調幾何直覺與代數抽象的結閤,通過大量的圖示和例子說明,幫助讀者理解“形狀不變性”的深層含義。 --- 捲冊四:實分析與測度論 核心主題: 對經典微積分概念(極限、連續性、積分)進行嚴格、嚴密的重構,並引入現代測度理論。 本捲是連接經典分析與泛函分析的橋梁,其嚴格性要求是理解高等分析工具的前提。 主要內容闆塊: 1. 實數係統的嚴密構造(迴顧與深化): 戴德金截與 $mathbb{R}$ 的完備性。 2. 序列與級數: 柯西收斂準則、絕對收斂與條件收斂的嚴格區分。 3. 連續函數與一緻收斂: 探討連續函數序列的極限函數的性質,以及一緻收斂在保持連續性、可積性上的關鍵作用。 4. 勒貝格積分理論的建立: 測度論基礎: 長度、麵積到一般測度的推廣。可測集、$sigma$-代數。 簡單函數與勒貝格可測函數: 定義單調收斂定理、Fatou 引理。 勒貝格積分的定義、性質與收斂定理(占優收斂定理)。 5. $L^p$ 空間簡介: 引入函數空間的概念,為後續泛函分析奠定基礎。 本捲的重點在於從“黎曼可積”到“勒貝格可積”的飛躍,理解為何勒貝格積分在現代數學中占據主導地位。 --- 捲冊五:綫性代數與矩陣理論 核心主題: 嚮量空間、綫性映射的理論及其在有限維空間中的具體實現——矩陣。 本捲是連接幾何、代數和應用數學的關鍵樞紐,采用現代的、基於嚮量空間的觀點來闡述綫性代數。 主要內容闆塊: 1. 嚮量空間的公理化: 綫性組閤、綫性相關性、基與維數的嚴格定義。 2. 綫性映射與矩陣錶示: 綫性變換的性質,不同基下的矩陣錶示如何變化,矩陣乘法的幾何意義。 3. 行列式理論: 行列式的定義、性質及其與逆矩陣、體積的關係。 4. 特徵值與特徵嚮量: 特徵方程、特徵空間。 5. 對角化與標準形: 相似變換、Jordan 標準型的存在性證明。 6. 內積空間與正交性: 歐幾裏得空間、酉空間的概念,施密特(Gram-Schmidt)正交化過程,正交矩陣與酉矩陣。 7. 譜定理(對實對稱矩陣的分析): 這是連接綫性代數與幾何直觀的關鍵結論。 本捲的論述將高度依賴於前麵捲冊建立的集閤論和代數結構知識,強調幾何理解與計算技巧的統一。 --- 《現代數學基礎叢書·典藏版》 通過這五個核心捲冊,為讀者構建瞭一個從公理基礎到抽象結構,再到分析工具和具體計算模型的完整知識體係,是當代數學教育與研究的必備珍藏。