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集合外延性公理

Axiom of extensionality · Extensionality

两个集合恰在拥有相同元素时相等。

条目类型
公理

形式陈述

集合外延性公理断言

AB[(x(xAxB))A=B].

结合相等对象可相互替换的逻辑规则,可写成:两个集合相等当且仅当它们具有完全相同的元素。

直觉

外延性公理规定集合完全由成员决定:若两个集合拥有相同元素,它们就是同一个集合。集合没有隐藏的内部编号、标签、排列、插入顺序、存储地址或构造历史;同样元素以不同方式列出不会产生新集合。它把“元素相同”提升为证明集合相等的标准方法,也使集合成为典型的外延对象。

例子与边界

由外延性,{1,2}={2,1}。证明 A(BC)=(AB)(AC) 时,可任选 x,把两侧成员条件化为同一命题,再用外延性结束。外延性只给出相等判据,不单独保证空集、配对集或幂集存在。

要证明

(AB)(AB)=A,

任取 x。若 xA,按 xB 与否分两种情况,分别落入 ABAB;反向包含由两部分定义立即得到。于是两侧具有完全相同的元素,外延性给出集合相等。外延性比较成员,不比较表达式、生成顺序或重复书写;它也不单独保证这些运算构造出的集合存在,存在性来自其他集合论公理。

推论与应用

集合的相等由外延性控制,子集关系给出常用判据 A=BABBA。它把大量集合恒等式化为逐元素的逻辑等价或双向包含;函数图像、关系、商类和形式化数学中的判等都反复使用这一原则。

参考资料
  • Paul R. Halmos, Naive Set Theory, 1960; Dover reprint 2017, §1。
  • Thomas Jech, Set Theory, 3rd millennium ed., Springer, 2003, Chapter 1。
关系图谱4 个相邻概念 · 2 类关系

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