ผลต่างระหว่างรุ่นของ "จำนวนธรรมชาติ"
บัญญัติ Formal เป็น อย่างเป็นทางการ ป้ายระบุ: แก้ไขจากอุปกรณ์เคลื่อนที่ |
ล →สัจพจน์ของเปอาโน: บัญญัติศัพท์ first-order logic เป็นรูปแบบเชิงตรรก |
||
บรรทัด 17: | บรรทัด 17: | ||
สัจพจน์ของเปอาโนเป็นที่มาของทฤษฎีอย่างเป็นรูปนัยของจำนวนธรรมชาติ |
สัจพจน์ของเปอาโนเป็นที่มาของทฤษฎีอย่างเป็นรูปนัยของจำนวนธรรมชาติ |
||
สัจพจน์ของเปอาโนมีดังนี้: |
สัจพจน์ของเปอาโนมีดังนี้: |
||
*0 เป็นจำนวนธรรมชาติ |
*<math>0</math> เป็นจำนวนธรรมชาติ |
||
*ทุกจำนวนธรรมชาติ |
*ทุกจำนวนธรรมชาติ <math>a</math> มีตัวตามหลัง เขียนแทนด้วย <math>S(a)</math> จริงๆ แล้ว <math>S(a)</math> คือ <math>a + 1</math> |
||
*ไม่มีจำนวนธรรมชาติที่ตัวตามหลังเป็น 0 |
*ไม่มีจำนวนธรรมชาติที่ตัวตามหลังเป็น <math>0</math> |
||
* |
*<math>S</math> เป็น [[ฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่ง]] กล่าวคือจำนวนธรรมชาติที่ต่างกันมีตัวตามหลังที่ต่างกัน: ถ้า <math>a \neq b </math> แล้ว <math>S(a) \neq S(b)</math> |
||
*ถ้า 0 มีสมบัติอย่างหนึ่ง และ ตัวตามหลังของทุกๆ จำนวนนับที่มีสมบัตินั้น ก็มีสมบัตินั้น แล้วทุกจำนวนธรรมชาติจะมีสมบัตินั้น (สัจพจน์นี้ยืนยันว่าการพิสูจน์โดย[[การอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์]]ถูกต้อง) |
*ถ้า <math>0</math> มีสมบัติอย่างหนึ่ง และ ตัวตามหลังของทุกๆ จำนวนนับที่มีสมบัตินั้น ก็มีสมบัตินั้น แล้วทุกจำนวนธรรมชาติจะมีสมบัตินั้น (สัจพจน์นี้ยืนยันว่าการพิสูจน์โดย[[การอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์]]ถูกต้อง) |
||
หมายเหตุ |
หมายเหตุ <math>0</math> ในนิยามข้างต้นไม่ได้หมายถึงเลขศูนย์เสมอไป <math>0</math> หมายถึงบางจำนวนที่สอดคล้องกับสัจพจน์ของเปอาโน เมื่อพิจารณาร่วมกับ"ฟังก์ชันตัวตามหลัง"ตามเหมาะสม ทุกระบบที่สอดคล้องกับสัจพจน์เหล่านี้สมมูลกันตาม[[รูปแบบเชิงตรรก]] อย่างไรก็ตาม มีแบบจำลองสัจพจน์ของเปอาโนที่นับไม่ได้ ซึ่งเรียกว่า[[:en:Non-standard model of arithmetic |แบบจำลองเลขคณิตแบบไม่มาตรฐาน]] และยืนยันโดย[[:en:Löwenheim–Skolem_theorem#Upward_part|Upward Löwenheim-Skolem Theorem]] ชื่อ <math>0</math> ใช้ในที่นี้สำหรับสมาชิกตัวแรก (มีการเสนอชื่อ"สมาชิกตัวที่ศูนย์" เพื่อให้ใช้ "สมาชิกตัวแรก" เรียก <math>1</math> ใช้ "สมาชิกตัวที่สอง" เรียก <math>2</math> ฯลฯ) ซึ่งเป็นสมาชิกที่ไม่มีตัวนำหน้า เช่นจำนวนธรรมชาติที่เริ่มด้วย <math>1</math> ก็สอดคล้องสัจพจน์ ถ้าสัญลักษณ์ <math>0</math> ถือเป็นจำนวนธรรมชาติ <math>1</math> สัญลักษณ์ <math>S(0)</math> ถือเป็น <math>2</math> ฯลฯ ที่จริงแล้วในต้นฉบับของเปอาโน จำนวนธรรมชาติจำนวนแรก''คือ'' <math>1</math> |
||
===การสร้างบนพื้นฐานทฤษฎีเซต=== |
===การสร้างบนพื้นฐานทฤษฎีเซต=== |
รุ่นแก้ไขเมื่อ 15:22, 23 กุมภาพันธ์ 2557
ลิงก์ข้ามภาษาในบทความนี้ มีไว้ให้ผู้อ่านและผู้ร่วมแก้ไขบทความศึกษาเพิ่มเติมโดยสะดวก เนื่องจากวิกิพีเดียภาษาไทยยังไม่มีบทความดังกล่าว กระนั้น ควรรีบสร้างเป็นบทความโดยเร็วที่สุด |
ในทางคณิตศาสตร์ จำนวนธรรมชาติ อาจหมายถึง จำนวนเต็มบวก หรือ จำนวนนับ (1, 2, 3, 4, ...) หรือ จำนวนเต็มไม่เป็นลบ (0, 1, 2, 3, 4, ...) ความหมายแรกมีการใช้ในทฤษฎีจำนวน ส่วนแบบหลังได้ใช้งานใน ตรรกศาสตร์,เซตและวิทยาการคอมพิวเตอร์
จำนวนธรรมชาติมีการใช้งานหลักอยู่สองประการ กล่าวคือเราสามารถใช้จำนวนธรรมชาติในการนับ เช่น มีส้มอยู่ 3 ผลบนโต๊ะ หรือเราอาจใช้สำหรับการจัดอันดับ เช่น เมืองนี้เป็นเมืองที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับที่ 3 ในประเทศ เป็นต้น
คุณสมบัติของจำนวนธรรมชาติที่เกี่ยวกับการหารลงตัว เช่นการกระจายของจำนวนเฉพาะ เป็นเนื้อหาในทฤษฎีจำนวน ปัญหาที่เกี่ยวกับการนับ เช่น ทฤษฎีแรมซี นั้นถูกศึกษาในคณิตศาสตร์เชิงการจัด
ประวัติของจำนวนธรรมชาติและจำนวนศูนย์
สันนิษฐานว่าจำนวนธรรมชาติ มีแหล่งกำเนิดอยู่ที่การนับ, เริ่มด้วยเลขหนึ่ง จำนวนธรรมชาติในนามธรรมได้เกิดขึ้นครั้งแรกจากการใช้ตัวเลข เพื่อแสดงให้ค่าจำนวน จนพัฒนาขึ้นมาในการบันทึกจำนวนที่มากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ชาวบาบิลอนสร้างระบบหลักจำนวนขึ้นมาซึ่งจำเป็นมากในระบบเลขหนึ่งถึงสิบ, ชาวอียิปต์ได้สร้างระบบจำนวนอย่างแตกต่างในภาษาเฮียโรกริฟต์ สำหรับหนึ่งถึงสิบและเลขยกกำลังตั้งแต่หลักสิบถึงหลักล้าน ตั้งแต่ที่ถ้ำหินของคาร์หนัก(เคหกรรมของชาวอียิปต์)ก่อนคริสต์ศักราช 1500 ปี จนถึงลูฟฟ์ที่ปารีส แสดงจำนวน 276 โดย 2 แทนที่หลักร้อย, 7 แทนที่หลักสิบ, 6 แทนที่หลักหน่วย และดังเช่นการเขียนจำนวน 4,622 ด้วย
นิยามอย่างเป็นรูปนัย
นิยามอย่างเป็นรูปนัยเชิงคณิตศาสตร์ของจำนวนธรรมชาติพัฒนาตลอดช่วงประวัติศาสตร์โดยมีอุปสรรคบางประการ สัจพจน์ของเปอาโนกำหนดเงื่อนไขที่นิยามสมบูรณ์ใดๆ ต้องสอดคล้อง การสร้างบางประการแสดงว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เมื่อกำหนดทฤษฎีเซต ต้องมีอยู่
สัจพจน์ของเปอาโน
สัจพจน์ของเปอาโนเป็นที่มาของทฤษฎีอย่างเป็นรูปนัยของจำนวนธรรมชาติ สัจพจน์ของเปอาโนมีดังนี้:
- เป็นจำนวนธรรมชาติ
- ทุกจำนวนธรรมชาติ มีตัวตามหลัง เขียนแทนด้วย จริงๆ แล้ว คือ
- ไม่มีจำนวนธรรมชาติที่ตัวตามหลังเป็น
- เป็น ฟังก์ชันหนึ่งต่อหนึ่ง กล่าวคือจำนวนธรรมชาติที่ต่างกันมีตัวตามหลังที่ต่างกัน: ถ้า แล้ว
- ถ้า มีสมบัติอย่างหนึ่ง และ ตัวตามหลังของทุกๆ จำนวนนับที่มีสมบัตินั้น ก็มีสมบัตินั้น แล้วทุกจำนวนธรรมชาติจะมีสมบัตินั้น (สัจพจน์นี้ยืนยันว่าการพิสูจน์โดยการอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์ถูกต้อง)
หมายเหตุ ในนิยามข้างต้นไม่ได้หมายถึงเลขศูนย์เสมอไป หมายถึงบางจำนวนที่สอดคล้องกับสัจพจน์ของเปอาโน เมื่อพิจารณาร่วมกับ"ฟังก์ชันตัวตามหลัง"ตามเหมาะสม ทุกระบบที่สอดคล้องกับสัจพจน์เหล่านี้สมมูลกันตามรูปแบบเชิงตรรก อย่างไรก็ตาม มีแบบจำลองสัจพจน์ของเปอาโนที่นับไม่ได้ ซึ่งเรียกว่าแบบจำลองเลขคณิตแบบไม่มาตรฐาน และยืนยันโดยUpward Löwenheim-Skolem Theorem ชื่อ ใช้ในที่นี้สำหรับสมาชิกตัวแรก (มีการเสนอชื่อ"สมาชิกตัวที่ศูนย์" เพื่อให้ใช้ "สมาชิกตัวแรก" เรียก ใช้ "สมาชิกตัวที่สอง" เรียก ฯลฯ) ซึ่งเป็นสมาชิกที่ไม่มีตัวนำหน้า เช่นจำนวนธรรมชาติที่เริ่มด้วย ก็สอดคล้องสัจพจน์ ถ้าสัญลักษณ์ ถือเป็นจำนวนธรรมชาติ สัญลักษณ์ ถือเป็น ฯลฯ ที่จริงแล้วในต้นฉบับของเปอาโน จำนวนธรรมชาติจำนวนแรกคือ
การสร้างบนพื้นฐานทฤษฎีเซต
การสร้างมาตรฐาน
การสร้างมาตรฐานในวิชาทฤษฎีเซต เป็นกรณีพิเศษของการสร้างเรียงลำดับแบบวอน นิวมันน์[1] กำหนดนิยามของจำนวนธรรมชาติดังนี้:
- กำหนด 0 := { } เป็นเซตว่าง
- และนิยาม S(a) = a ∪ {a} สำหรับทุกเซต a S(a) คือตัวตามหลัง a และเรียก S ว่า ฟังก์ชันตัวตามหลัง
- โดยสัจพจน์ของอนันต์ เซตของจำนวนธรรมชาติทุกจำนวนมีอยู่ เซตนี้คืออินเตอร์เซกชันของทุกเซตที่มี 0 ที่มีสมบัติปิดภายใต้ฟังก์ชันตัวตามหลัง จึงสอดคล้องสัจพจน์ของเปอาโน
- ทุกจำนวนธรรมชาติเท่ากับเซตของจำนวนธรรมชาติทั้งหมดที่น้อยกว่าจำนวนนั้นๆ นั่นคือ
- 0 = { }
- 1 = {0} = {{ }}
- 2 = {0, 1} = {0, {0}} = {{ }, {{ }}}
- 3 = {0, 1, 2} = {0, {0}, {0, {0}}} ={{ }, {{ }}, {{ }, {{ }}}}
- n = {0, 1, 2, ..., n−2, n−1} = {0, 1, 2, ..., n−2,} ∪ {n−1} = {n−1} ∪ (n−1) = S(n−1)
- ฯลฯ
อ้างอิง
- Edmund Landau, Foundations of Analysis, Chelsea Pub Co. ISBN 0-8218-2693-X.
- Richard Dedekind, Essays on the theory of numbers, Dover, 1963, ISBN 0-486-21010-3 / Kessinger Publishing, LLC , 2007, ISBN 0-548-08985-X
- N. L. Carothers. Real analysis. Cambridge University Press, 2000. ISBN 0-521-49756-6
- Brian S. Thomson, Judith B. Bruckner, Andrew M. Bruckner. Elementary real analysis. ClassicalRealAnalysis.com, 2000. ISBN 0-13-019075-6
- เอริก ดับเบิลยู. ไวส์สไตน์, "Natural Number" จากแมทเวิลด์.