Skriptum zur Vorlesung Mengenlehre
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2.3. DIE MENGENTHEORETISCHE SPRACHE MIT KLASSENTERMEN 15• es gibt eine “leere” Menge (setze für ϕ(x) ein: x ≠ x und für a irgendeineMenge).Das Aussonderungsaxiom ist nachweisbar widerspruchsfrei - es ist bereits wahrin einem Modell, welches nur die leere Menge enthält. Um es darüber hinaus anwendenzu können, müssen wir die Menge a, aus welcher mittels der Eigenschaftϕ(x) eine Teilmenge ausgesondert wird, bereits haben - weitere Axiome sind erforderlich!Im folgenden werden wir - wie jetzt allgemein üblich - der Entwicklung derMengenlehre nach ZERMELO folgen, dabei aber auch den Klassenbegriff benutzen,weil sich damit die Axiome von ZF leicht in der Formbestimmte Klassen (und zwar “nicht zu große”) sind Mengenbequem ausdrücken lassen.2.3 Die mengentheoretische Sprache mit KlassentermenWie schon angedeutet, benötigen wir für die ZF-Sprache nur die ∈-Beziehung alseinziges nicht-logisches Prädikat. Als Variable für Mengen benutzen wir Kleinbuchstaben,und zwar meistens a,b,c,... für freie Variable und x,y,z,... (u. U.mit Indizes) für gebundene Variable, werden aber die Unterscheidung möglicherweisenicht immer genau einhalten. Die damit gebildete Sprache L ZF werden wirerweitern um die Hinzunahme von definierbaren Klassen (auch Klassenterme genannt){x | ϕ(x)}welche in Formeln jedoch nur in der Kombination a ∈ {x | ϕ(x)} benötigt werden,so daß Formeln wie folgt gebildet werden:(F1) Sind a,b Mengenvariable, so sind a = b und a ∈ b Formeln (Primformeln,atomare Formeln).(F2) Ist ϕ eine Formel, so auch ¬ϕ.(F3) Sind ϕ und ψ Formeln, so auch (ϕ ∧ ψ), (ϕ ∨ ψ), (ϕ → ψ) und (ϕ ↔ ψ).(F4) Ist ϕ(a) eine Formel, in welcher die Variable x nicht vorkommt, so sind auch∀xϕ(x) und ∃xϕ(x) Formeln.
2.3. DIE MENGENTHEORETISCHE SPRACHE MIT KLASSENTERMEN 16(F5) Ist ϕ(a) eine Formel, in welcher die Variable x nicht vorkommt, so ist aucha ∈ {x | ϕ(x)} eine Formel.(F6) Das sind alle Formeln.Von Formeln der ZF-Sprache im engeren Sinne sprechen wir, wenn bei derBildung dieser Formeln die Bedingung (F5) nicht benutzt wurde, ansonsten vonFormeln der erweiterten ZF-Sprache.Außerdem benutzen wir beschränkte Quantoren ∀x ∈ a, ∃x ∈ a als Abkürzungen:∀x ∈ aϕ steht für ∀x(x ∈ a → ϕ),∃x ∈ aϕ steht für ∃x(x ∈ a ∧ ϕ).Für viele Untersuchungen spielen Fragen der Komplexität von Eigenschaften einewichtige Rolle; dabei gelten beschränkte Quantoren als “einfacher” als unbeschränkteQuantoren. Wir werden daher im folgenden - soweit möglich - beschränkteQuantoren verwenden.Elimination von KlassentermenUnser erstes Axiom (für die erweiterte ZF-Sprache) ist das folgendeCHURCHsche Schema (CS):Es erlaubt, Klassenterme wieder zu eliminieren:Metatheorema ∈ {x | ϕ(x)} ↔ ϕ(a).Zu jeder Formel ϕ der erweiterten Sprache existiert eine Formel ψ der engerenSprache (mit denselben freien Variablen), so daß unter Benutzung von CS gilt:ϕ ↔ ψ.(Beweis bei A. LEVY: Basic Set Theory, Appendix X. Beachte, daß der Beweiskonstruktiv ist.)Die erweiterte ZF-Sprache ist somit eigentlich nicht ausdrucksstärker, aberes wird sich zeigen, daß sie für mengentheoretische Überlegungen bequemer zubenutzen ist, vor allem weil man für jede Eigenschaft ϕ(x,...) die Klasse {x |ϕ(x,...)} bilden kann, während man zur Bildung einer entsprechenden Mengeerst nachprüfen muß, ob die Axiome dies zulassen bzw. ob man einen Widersprucherhält, was sehr schwierig (oder sogar unmöglich) sein kann!
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2.3. DIE MENGENTHEORETISCHE SPRACHE MIT KLASSENTERMEN 15• es gibt eine “leere” Menge (setze für ϕ(x) ein: x ≠ x und für a irgendeineMenge).Das Aussonderungsaxiom ist nachweisbar widerspruchsfrei - es ist bereits wahrin einem Modell, welches nur die leere Menge enthält. Um es darüber hinaus anwendenzu können, müssen wir die Menge a, aus welcher mittels der Eigenschaftϕ(x) eine Teilmenge ausgesondert wird, bereits haben - weitere Axiome sind erforderlich!Im folgenden werden wir - wie jetzt allgemein üblich - der Entwicklung der<strong>Mengenlehre</strong> nach ZERMELO folgen, dabei aber auch den Klassenbegriff benutzen,weil sich damit die Axiome von ZF leicht in der Formbestimmte Klassen (und zwar “nicht zu große”) sind Mengenbequem ausdrücken lassen.2.3 Die mengentheoretische Sprache mit KlassentermenWie schon angedeutet, benötigen wir für die ZF-Sprache nur die ∈-Beziehung alseinziges nicht-logisches Prädikat. Als Variable für Mengen benutzen wir Kleinbuchstaben,und zwar meistens a,b,c,... für freie Variable und x,y,z,... (u. U.mit Indizes) für gebundene Variable, werden aber die Unterscheidung möglicherweisenicht immer genau einhalten. Die damit gebildete Sprache L ZF werden wirerweitern um die Hinzunahme von definierbaren Klassen (auch Klassenterme genannt){x | ϕ(x)}welche in Formeln jedoch nur in der Kombination a ∈ {x | ϕ(x)} benötigt werden,so daß Formeln wie folgt gebildet werden:(F1) Sind a,b Mengenvariable, so sind a = b und a ∈ b Formeln (Primformeln,atomare Formeln).(F2) Ist ϕ eine Formel, so auch ¬ϕ.(F3) Sind ϕ und ψ Formeln, so auch (ϕ ∧ ψ), (ϕ ∨ ψ), (ϕ → ψ) und (ϕ ↔ ψ).(F4) Ist ϕ(a) eine Formel, in welcher die Variable x nicht vorkommt, so sind auch∀xϕ(x) und ∃xϕ(x) Formeln.