Fundamentos de la matematica I

[^Cuervo^]

Podría uno preguntarse en primer lugar, por qué ha sido un interés de los matemáticos y filósofos de principios del siglo XX, en particular de figuras como Cantor, Russell, Hilbert, Zermelo, Gödel o Von Neumann por citar algunos de los más notables, el dotar a las matemáticas de una sólida base axiomática en la que poder fundamentarse. La respuesta básicamente sería la de poder enfrentarse al concepto de infinito. En matemáticas, el infinito abunda por doquier, infinitos son los elementos de N, Z, Q, R o C, por no decir los de los espacios R^n o C^n, sin ir más lejos. El infinito se enfrenta muchas veces con lo que podriamos denominar, nuestro sentido común. Por ejemplo, el conjunto de los números pares, es decir, de los múltiplos de 2, es un subconjunto propio de N. Dicho de otra forma, todo número par, es un elemento de N, pero no todo elemento de N, es un número par. Sin embargo, la sucesión a_n=2*n, nos permite establecer una aplicación biyectiva entre ambos conjuntos, de forma que a cada número par le corresponde un elemento de N y solo uno, y viceversa. Dicho de otra forma, tenemos un subconjunto propio que tiene la misma cantidad de elementos, que el conjunto que lo contiene. Nuestro sentido común se mueve casi siempre en términos que podriamos denominar finitos, y obviamente, para un conjunto finito, un subconjunto propio siempre tiene una cantidad de elementos menor que el conjunto que lo contiene. Hechos parecidos, hicieron ver, que era necesaria una fundamentación rigurosa de la matemática, para no caer en contradicciones, cuando de hablar del infinito se trataba.De hecho, no es exagerado el afirmar, que si en las matemáticas no se tratara sobre el infinito, los sistemas axiomáticos, no solo estarían de más, sino que sería mucho más práctico usar el sentido común sin más, toda demostración sería obvia una vez realizada.
Otro concepto que está en la base misma de las matemáticas, és el de conjunto. En realidad, podría decirse que un objeto pertenece al campo de las matemáticas, sí y solamente sí, es un conjunto. De las dos teorías axiomáticas en las que se fundamentan las matemáticas en la actualidad, a saber las de Zermelo-Fraenkel, y la de Gödel-Von Neumann, en la primera, conjunto es precisamente el objeto primitivo y no definido de la teoría. En la segunda, el concepto primitivo es el de clase. Russell objetó a la teoría de Cantor, que ésta presuponía que al igual que todo conjunto tiene una propiedad asociada, la inversa, es decir que toda propiedad tenía un conjunto asociado, también era cierta. Sin embargo Russell propuso el conjunto que tenía por elementos a aquellos conjuntos que no eran elementos de si mismos, llamando a este conjunto R. La pregunta era, ¿es R elemento de si mismo?. La respuesta afirmativa o negativa a esta pregunta conducía siempre a una contradicción. Ya que si R no era elemento de si mismo, entonces pertenecía a R, y si era elemento de si mismo, entonces no podía serlo.
Dicho de otra forma, Russell dió un ejemplo de una propiedad, que no tenía ningún conjunto asociado, ya que para que un conjunto esté bién definido, es imprescindible que dado otro conjunto cualesquiera, podamos decir sin ambigüedad alguna, si es o no elemento de nuestro conjunto.
Pues bien, entonces la extensión de una propiedad no era siempre un conjunto, por lo que a partir de entonces, la extensión de una propiedad, pasó a denominarse una clase.
Esta era el objeto primitivo de la teoría axiomática de Gödel-Von Neumann. En dicha teoría, el concepto de conjunto, se definía a partir del concepto primitivo de clase, de forma que un conjunto era una clase que pertenecía a otra clase, mientras que una clase que no pertenecía a ninguna otra clase, era una clase propia.
En lo que sí que coinciden ambas teorías, es en que la relación primitiva no definida, es la relación de pertenencia. Dicho sea de paso, es conveniente poner de manifiesto que cuando decimos que x€A, lo que enrealidad decimos es que el conjunto x es elemento del conjunto A, pero no que x y A sean objetos de distinta naturaleza, ambos son conjuntos.
Bien, lo que se pretendía a principios del siglo XX, era encontrar un sistema axiomático en el que todas las propiedades de los conjuntos y solo ellas, pudieran derivarse de un conjunto finito de axiomas, y las reglas de inferencia asociadas al sistema. La importancia de ello radicaba, en que casi todas las ramas de las matemáticas, ya se fundamentaban sobre el concepto de conjunto, luego si se conseguía ese proposito, se tendría una base sólida sobre la que poder fundamentar la verdad matemática. Ese era precisamente uno de los que consideraba Hilbert como retos del milenio.
Fue el gran lógico Kurt Gödel, quién dió respuesta al problema, pero de la manera más sorprendente posible. La respuesta era que simplemente era imposible hacer tal cosa. El motivo era que en todo sistema axiomático recursivo, lo suficientemente complejo para contener a N (y por lo tanto al concepto de infinito), aparecían proposiciones indecidibles, es decir, enunciados de los que no se podía demostrar su veracidad ni falsedad a partir de los axiomas. Otra consecuencia de esta indecidibilidad y que en cierta forma era todavía más preocupante que la indecidibilidad en si misma, es que no podía demostrarse la consistencia del sistema, desde dentro del propio sistema, ya que tal demostración nos conduce a una contradicción. Dicho de otra forma más comprensible, no había forma de probar desde dentro del propio sistema, que dicho sistema no era contradictorio.
Ahora bien, en un sentido absoluto, el intento de fundamentar las matemáticas sobre una base sólida había fracasado. Pero ello no quería decir que no se pudiera hacer nada al respecto, sino simplemente, que el absoluto y la perfección no existen.
El hecho curioso, es que a pesar de todo, aparecieron dos sistemas, los mencionados anteriormente, extraordinariamente potentes, y sobre los cuales se podía fundamentar casi toda la matemática conocida. En dichos sistemas, aparecieron ejemplos famosos de esas proposiciones indecidibles que mencionara Gödel, como es el caso del axioma de elección, del cual ya se ha hablado en el foro, o de la hipótesis del continuo.
Hagamos una aproximación al que por ser más conocido, y más sencillo de comprender para el profano, puede dar una mejor idea de por donde andamos en la actualidad en lo que a fundamentación de las matemáticas se refiere.
Cuando alguien que es profano en la materia, observa por primera vez los axiomas de Zermelo-Fraenkel, puede tener dos sensaciones. La primera es que parece extraño que de unos pocos axiomas, a lo sumo unos 8, se pueda construir toda la matemática conocida. La segunda, es que es muy probable que esperara unas verdades que por obvias brillaran más que el Sol a plena luz del día, y se sorprende de que los axiomas no sean lo "evidentes" e "irrefutables" que pudiera haber esperado.
Veamos lo que quiero decir.
Podriamos dividir los axiomas en 3 categorías.
En la primera pondriamos el axioma de extensión, que en este caso, sí parece una verdad bastante obvia, ya que simplemente lo que afirma es que dos conjuntos cualesquiera A y B son iguales, si y solamente si, contienen a los mismos elementos. Este como se ve, es un axioma que nos servirá para determinar cuando dos conjuntos son o no el mismo.
En la segunda categoría, estarían aquellos axiomas que nos permiten construir nuevos conjuntos a partir de conjuntos conocidos. En esta categoría estarían por ejemplo, el axioma de la gran unión que afirma que dado un conjunto cualesquiera A, existe un conjunto al que llamamos UA , que tiene por elementos a todos los elementos, de los elementos de A. No me negaran ustedes, que eso ya no parece tan obvio como lo anterior. Otro ejemplo importante sería el axioma del conjunto de las partes. Digamos antes que un conjunto B decimos que es subconjunto de otro conjunto A, si y solo si, todo elemento de B también lo es de A.
Pues bien el axioma en cuestión lo que afirma, es que dado un conjunto cualesquiera A, existe un conjunto que llamaremos P(A) que tiene por elementos a todos aquellos conjuntos que son subconjuntos de A. Aquí la obviedad tampoco luce por su presencia. Dentro de esta categoría estarían la casi totalidad de los axiomas restantes ( a escepción tal vez del axioma de regularidad, que entre otras cosas más complejas, evita la existencia de conjuntos patológicos como un cierto conjunto A que fuera elemento de si mismo y cosas similares, dicho axioma, lo que simplemente afirma, es que todo conjunto no vacío contiene algún elemento con el que no comparte ningún elemento), como el axioma de especificación, el del reemplazo, o el de elección (el del par no lo menciono, ya que en realidad es un teorema que puede deducirse del resto de los axiomas, y que afirma que si tenemos dos conjuntos cualesquiera A y B existe el conjunto C={A,B})
Notemos, que por el momento, hemos hablado de igualdad entre conjuntos, de como crear nuevos conjuntos a partir de los ya existentes, pero todavía no hemos afirmado que exista algún conjunto. Para resolver esto, los matemáticos lo hacen con axiomas de la tercera categoría, de hecho, les basta un solo axioma, y van a lo grande. Así en nuestra tercera categoría de axiomas solo hay uno que simplemente dice: Existe un conjunto que tiene infinitos elementos.
Y poco más o menos, una teoría en la que se fundamentan las matemáticas, viene a ser esto.

[^Cuervo^]

Re: Fundamentos de la matematica II

Entonces podrían estarse ustedes preguntando, pero si nos basamos en cosas tan "ambiguas", tan poco "obvias", como puede ser que las matemáticas puedan construirse a partir de ellas?. Mi respuesta a dicha pregunta sería, que más que buscar verdades "obvias", la busqueda de los axiomas oportunos, consiste en encontrar cuales son las propiedades esenciales que deben tener los conjuntos para que a partir de ellas y las reglas de inferencia de nuestro sistema, podamos demostrar la mayor cantidad de propiedades ya contrastadas en la realidad física (digo la mayor cantidad, porque como antes dijimos la totalidad es imposible). Sería algo así como un proceso de síntesis, es decir, el proceso no solo va de abajo hacia arriba y es por lo tanto de naturaleza deductiva, sino que se tiene en cuenta a donde queremos llegar, para determinar desde donde empezamos, o sea en cierta forma es un proceso inductivo a su vez. Las matemáticas no pueden en definitiva, prescindir de la realidad física, que de una u otra forma pretenden representar, y es por ello, que un sistema puede ser impecable desde el punto de vista lógico, pero no ser de interés para las matemáticas.
Digamos que a mi forma de ver, una cosa es la verdad lógica, otra el hecho físico, y las matemáticas vendrían a ser el puente entre ambas.
Para poner un ejemplo de lo que quiero decir, consideren un sistema axiomático del que se dedujera que 2+2 no es 4 (dejando bases de numeración aparte), es obvio, que no tendría mucho interés para las matemáticas, por muy impecable que fuera desde un punto de vista lógico.
Por otro lado, piensen que uno de los objetivos de la teoría de conjuntos en su origen, fue definir los números naturales como conjuntos, y a partir de esa definición definir el orden y las operaciones entre ellos, para demostrar las propiedades de dichas operaciones y relaciones a partir de los axiomas mismos. Sin embargo un resultado colateral de dicha construcción, es la aparición de la teoría de ordinales, y de cardinales transfinitos, con axioma de elección e hipótesis del continuo de por medio. Dichos nuevos elementos, no está claro que realidad física tienen en realidad, de ahí que su indecidibilidad en muchos casos sea absoluta, pero si dichos elementos realmente tienen algún contraste o no en la realidad física, es algo que hoy por hoy está por ver, por lo tanto, podría ser, que simplemente nos estemos pasando con los axiomas, para entendernos. Digamos que al menos, hoy por hoy, no hay nada físico que nos permita decir si es una u otra cosa en estos ámbitos.
Y por hoy, ya les pegué suficiente paliza, o sea que me remito a posteriores ocasiones, en que respondiendo a sus opiniones, crucemos unas palabras de nuevo.
Sin más se despide, un pajarraco.

[Adosgel]

Re: Fundamentos de la matematica I

¡¡¡Sigue sigue, no pares tio, me encanta!!!

Podrías meterte con los transfinitos, los números reales y la continuidad. Estoy impaciente.

Nota: que pena que sigo sin ser capaz de poner iconos en el texto. Imaginate un aplauso muy grande.

Saludos.

[Lemuel]

Ordinales

Este interesante post tuyo me ha dado la idea de que sería de bastante interés hablar un poco de los ordinales transfinitos. Tanto de la primera teoría cantoriana como de las aportaciones posteriores, al menos las de Von Neumann. Es, desde luego, un asunto algo complicado, que habría que tratar de la manera más clara, didáctica y “elemental” posible. Es decir: sin dar nada como ya sabido por el eventual lector. Habría que explicar en detalle, por ejemplo, cómo funcionan los dos principios de generación de los ordinales (y hablar incluso del tercer principio, de restricción o limitación), por qué no son conmutativas las operaciones de la aritmética ordinal, etc.

Yo mismo me pondría a la tarea, si no no fuese porque, chico, es una temática que tengo, digamos, algo... “olvidada”.

[Adosgel]

Re: Fundamentos de la matematica I

Es buena idea, y yo me comprometo a leermelo, a pesar de estar en fiestas.

A ver si se anima alguno.

Saludos.

[^Cuervo^]

Re: Ordinales

Bién, respondiendo a tu post, intentaré en unas breves lineas, decir algo que pueda ser de interés para los no iniciados en la teoría de ordinales, sobre los mismos. Sin embargo, protesto ante la idea de que me dejes solo en tan duro empeño, por lo que te sugiero que le quites el polvo a tus apuntes, y me heches una mano en futuros añadidos del post. Al fín y al cabo el matemático eres tú.
Veamos, yo me voy a centrar en lo que podriamos denominar, los ordinales de Von Newman, que son los que conozco mejor. La cosa empezó cuando se pretendía construir los números naturales a partir de la axiomática de conjuntos. Había que definir lo que era un número natural a partir de ella. Como hacerlo?. La primera idea era considerar clases de equivalencia entre conjuntos, es decir, dos conjuntos finitos tenían como ordinal ( o como cardinal si se prefiere, ya que en este caso ambos conceptos coinciden) el mismo número natural, sí y solamente sí, existía alguna aplicación biyectiva entre ellos. Sin embargo esta representación de los números naturales tenía un problema, y es que, estás relaciones de equivalencia se hallaba dentro del conjunto de todos los conjuntos, que precisamente resultó no ser un conjunto sinó una clase propia. Luego se tenía que ir por otro camino.
Von Newman tuvo la siguiente idea, porqué en vez de tomar las clases de equivalencia que deciamos, no se tomaba un representante canónico de cada una ellas?. De esta forma, un conjunto tenía como ordinal a un cierto número natural, sí y solamente sí, podía biyectarse con su representante canónico.
Otra idea fundamental a la hora de definir los naturales, era que debía hacerse, de forma que pudieramos establecer una relación de orden entre ellos de forma que se adaptara a su ordenación usual. Pero si cada número natural tenía como representante a un conjunto, como debiamos hacerlo para establecer una relación de orden entre conjuntos?. De hecho había dos formas, que al final resultaron ser idénticas como podreis comprobar. La idea fundamental que subyace en ambas, es el antiguo principio de que el todo es mayor que las partes, de esta forma podemos decir que dados dos conjuntos A y B decimos que A<B, sí y solamente sí, A está incluido en B o A€B. Ambas formas, al final resultarán ser la misma, como podreis comprobar.
Parecerá mentira, pero con solo estás dos premisas, los números naturales quedaban inequivocamente definidos sin ambigüedad alguna. Porqué?. Veamos, en primer lugar, y debido a la unicidad del conjunto vacío, este era el único conjunto que podía ser el representante del número natural 0. Osea que a partir de ahora 0=vacío. Muy bién, y que pasa con el 1?. El 1 por lo dicho anteriormente, debía ser un conjunto con un solo elemento y que tenía por elemento al 0 ya que este era menor que él. Luego 1={0}. Y el 2?. El 2 debía ser un conjunto con dos elementos y que tenía por elementos al 0 y al 1, entonces 2={0,{0}}. Y así sucesivamente.
Es decir, así un número natural, era un conjunto que tenía por elementos a todos aquellos números naturales menores que él, con lo que dicho conjunto tenía el número de elementos que pediamos, y se podía establecer la relación de orden usual, mediente la relación primitiva de pertenencia.
Una forma más formal de definir los naturales, sería la siguiente. La axiomática de conjuntos nos garantiza que dados 2 conjuntos cualesquiera A y B existe el conjunto {A,B}, sean o no iguales ambos conjuntos. Ello quiere decir que dado un conjunto A exisitirá el conjunto {A,A}={A} y como existen este conjunto y A entonces también existe el conjunto {A,{A}}. Por otro lado, el axioma de la gran unión nos dice que para cualquier conjunto A, existe el conjunto U A, cuyos elementos son los elementos, de los elementos de A. Por lo tanto si existe {A,{A}}, existirá también U {A,{A}}. Dicho conjunto tendrá por elementos a todos los elementos de A y al propio A. Pues bién dado un conjunto A, definimos el conjunto sucesor de A , y lo representaremos por S(A), como el conjunto U {A,{A}}.
Notar que dicha idea aplicada a un número natural nos lleva al siguiente número natural, ya que todo número natural n tiene por elementos a los naturales menores que él, y si a estos le añadimos n, entonces el nuevo conjunto será el natural n+1.
Dicho de otra forma 0=Vacío, 1=S(0)={0}, 2=S(1)=S(S(0))={0,{0}}, y así sucesivamente.
Bién, ya tenemos los números naturales. La demostración de que existe un conjunto N que tiene por elementos a todos los naturales y solo a ellos, no puede hacerse sin suponer, que existe un conjunto que tiene infinitos elementos, y es por ello que la axiomática de conjuntos, incorpora precisamente este curioso axioma.
Hecha esta acalaración, veamos una curiosa propiedad de los conjuntos que hemos construido para crear los números naturales. Sí n es el conjunto representante de un número natural cualesquiera se cumple que para cualquier conjunto x, si x€n entonces x está incluido en n. Y además, como cualquiera de sus elementos, es a su vez un número natural, sus elementos también cumplen la misma propiedad, al igual que los elementos de sus elementos etc....
La pregunta és, son los números naturales los únicos conjuntos con dicha propiedad? La respuesta es no, ya que el propio N también la cumple. Es más, si determinado conjunto A la cumple, entonces S(A) también, por lo que S(N) o S(S(N)) son conjuntos que también han de cumplir la propiedad mencionada.
Porqué es importante el que se cumpla esta propiedad?. Porque todo conjunto que la cumple, puede bién ordenarse con la relación de orden establecida mediante la pertenencia o la inclusión. Con lo que podriamos decir, que todo buén orden tiene asociado un conjunto de este tipo, y que los representantes de los buenos ordenes no son en exlusiva los números naturales, sinó otra clase de números que ahora definiremos con rigor, y que son los ordinales.
Para definir un ordinal lo haremos en dos etapas. En primer lugar, diremos que un conjunto cualesquiera T es transitivo si todo elemento de T, está incluido en T.
Un conjunto O diremos que es un ordinal, sí y solamente sí, es transitivo, y todos sus elementos también lo son.
La primera pregunta és, todo conjunto es un ordinal?. Claramente no, por ejemplo, si tenemos los conjuntos A y B existirán los conjuntos {A} y {A,B} y por lo tanto el conjunto {{A},{A,B}} (el par ordenado de A y B precisamente), que obviamente no cumple nuestra definición.
Hay propiedades realmente importantes sobre ordinales, algunas fáciles de ver y demostrar, y otras más difíciles de hacer, pero que se derivan todas ellas de la definición de ordinal misma.
El conjunto vacío es un ordinal.
Si O es un ordinal, entonces S(O) también lo és.
N es un ordinal.
Si O es un ordinal, todos sus elementos también son ordinales.
El conjunto de todos los ordinales no es un conjunto, es una clase propia.
Dados dos ordinales cualesquiera A y B se cumple que o bién A€B o bién A=B o bién B€A, pero no más de una a la vez. Esta propiedad es importantísima, ya que nos permite establecer una relación de orden total dentro de un conjunto que sea un ordinal.
La gran intersección de un conjunto de ordinales és un ordinal, es más, és el elemento mínimo de dicho conjunto. (La gran intersección de A se define como aquel conjunto I tal que para cualquier x, x€I, sí y solamente sí x€ U A y para cualquier y sí y€A entonces x€A, conjunto cuya existencia nos garantizan el axioma de la gran unión y el de especificación)
Sí C es un conjunto de ordinales, U C es un ordinal, siendo además el supremo de C si C es subconjunto de algún ordinal.
Así podriamos citar algunas propiedades más. De todas formas por las ya citadas, se puede intuir lo que antes afirmabamos, en el sentido de que todo buén orden tiene asociado algún ordinal, de ahí la importancia de los ordinales precisamente.
Es este hecho, el que nos permite afirmar si aceptamos el axioma de elección, que todo conjunto puede bién ordenarse y tiene un ordinal asociado precisamente.
Para términar esta introduccción a los fundamentos sobre los ordinales, que por hoy ya es bastante, solo quiero que se fijen en un hecho. Hemos dicho que todo ordinal tiene un sucesor que es a su vez un ordinal. Pero la inversa no es cierta, no todo ordinal es sucesor de otro ordinal. Por ejemplo el vacío o N no son sucesores de ordinal alguno. Los ordinales de esta clase, se denominan ordinales límite. Puede demostrarse que todo ordinal pertenece a una de las dos clases, es decir o es un ordinal sucesor, o es un ordinal límite.
Cuando aplicamos inducción a los ordinales para demostrar alguna propiedad que sea común a todos ellos, aplicamos lo que se conoce como principio de inducción transfinita, en la que se exigen dos cosas. La primera que si un ordinal cumple la propiedad pueda demostrarse que su sucesor también la cumple. Y la segunda que todo ordinal límite la cumple.
Bién, finalizada la aclaración, me despido por hoy, eso sí, rogando a Lemuel, que aporte su granito de arena, sobretodo en la definición de la aritmética ordinal, en la que no estoy tan desenvuelto como en el tema de la relación de orden entre ordinales.
Un saludo a todos, y aver si alguien más se anima a escribir!!

[pepe.campana]

Re: Fundamentos de la matematica I

Hola a todos.

[FONT=Verdana]1. [/FONT]Cuervo nos dice que la teoría de conjuntos debe servir para que a partir de sus axiomas y de las reglas de inferencia del sistema, [FONT=Verdana]podamos demostrar la mayor cantidad de propiedades ya contrastadas en la realidad física. [/FONT]Pero acto seguido nos habla, no sólo de los conjuntos infinitos, sino de los transfinitos. Ahora bien, nada hay en el mundo real (o físico, o empírico), que pueda decirse [FONT=Verdana]infinito[/FONT]. Sólo en matemáticas tiene sentido hablar de lo infinito.

[FONT=Verdana]2. [/FONT]Cuando hablamos del infinito, no siempre lo hacemos de la misma manera.
Por ejemplo, podemos decir que hay infinitos números primos, en cuyo caso, lo que estamos diciendo es que para cualquier natural n, por grande que éste sea, podemos encontrar un natural p tal que p es primo y p > n.
También podemos decir que el conjunto de todos los naturales y el conjunto de todos los primos tienen el mismo cardinal, en cuyo caso lo que estamos haciendo es comparar el tamaño de un conjunto con el del otro.
En el primer caso hablamos de un infinito potencial (en el sentido aristotélico). En el segundo caso hablamos de un infinito actual (en el sentido platónico o, si se prefiere, cantoriano).
Esta distinción es importante, porque del segundo tipo de infinito no tenemos una noción intuitiva y trabajar con él sin la debida cautela puede conducirnos a contradicciones que nos lleven a la locura.

[FONT=Verdana]3. [/FONT]Es por este motivo por el que se hace necesario axiomatizar la teoría de conjuntos.
Ahora bien, esto tiene dos consecuencias. La primera, que la idea de “conjunto” ya no puede sustentarse en noción intuitiva alguna. Un conjunto es de lo que se habla en la teoría de conjuntos, al igual que un “canguingo” es de lo que se habla en la teoría de los canguingos si es que existe tal teoría.
La segunda es resultado del teorema de completitud. Admitiendo que la teoría de conjuntos es consistente, tal teorema nos asegura que hay al menos una interpretación del concepto “conjunto”, pero en tal caso, hay también infinitas interpretaciones distintas. Significa esto que la teoría admite infinitos modelos distintos tales que para cada par de ellos hay una sentencia que es verdadera en el primero y falsa en el segundo.

[FONT=Verdana]4. [/FONT]Axiomatizar una teoría significa postular la existencia de una totalidad de entidades, es decir, un dominio de individuos, y admitir como hipótesis que tal totalidad de individuos tiene una estructura determinada, a saber, la que resulta de las relaciones gobernadas por una serie de axiomas preestablecidos.

[FONT=Verdana]5. [/FONT]La primera teoría axiomática de conjuntos se debe a Zermelo (1908). En ella, Zermelo postula la existencia de un dominio, B, de objetos abstractos (a los que él llama cosas, [FONT=Verdana]Dinge[/FONT]), para el que está definida la relación primitiva de pertenencia. Si para dos objetos cualesquiera del dominio, a y b, es a[FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT]b, se dirá de a que es un elemento del conjunto (Menge) b. De este modo, en el dominio B hay algunas cosas, pero no necesariamente todas ellas, que son conjuntos. Las leyes por las que se rige el sistema se concretan en siete axiomas: (I) axioma de determinación, (II) axioma de los conjuntos elementales, (III) axioma de separación, (IV) axioma del conjunto potencia, (V) axioma de la unión, (VI) axioma de elección, y (VII) axioma del infinito.

[FONT=Verdana]6. [/FONT]Destaco aquí el axioma de separación, que dice que si el predicado F(x) está determinado para todos los elementos del conjunto M, entonces M tiene un subconjunto MF que tiene como elementos suyos todos aquellos elementos x de M para los que F(x) es verdadero, y solamente a ellos.
El concepto “estar determinado” (definit) es un concepto básico de la teoría de Zermelo. Se dice que un aserto está determinado si se puede determinar sin ambigüedad su validez o invalidez utilizando tan sólo las relaciones básicas del dominio por medio de los axiomas y las leyes de la lógica. De igual modo, un predicado de la variable x, donde x recorre todos los individuos de una clase dada, está determinado si lo está para todos los individuos x, considerados por separado, de dicha clase.
Mediante este concepto y el axioma de separación, Zermelo corrige el principio de comprehensión que se deriva de la teoría cantoriana de conjuntos, esto es, el principio que asegura que toda propiedad da lugar a un conjunto. En efecto, el axioma de separación lo que nos dice es que cualquier propiedad que esté determinada separa de un conjunto M, que debe estar dado de antemano, un subconjunto, y no permite, en absoluto, la construcción de conjuntos paradójicos cuyos elementos se definan en términos de los conjuntos mismos.

[FONT=Verdana]7. [/FONT]Aunque suficiente para los objetivos que persigue cualquier teoría de conjuntos, la teoría de Zermelo, por su carácter conservador, resulta débil en algunos aspectos. En particular, no sirve para asegurar la existencia de conjuntos demasiado grandes. Por ejemplo, el axioma del infinito asegura la existencia en B del conjunto Z que tiene por elementos el 0, el {0}, el {{0}},… (denoto con 0 al conjunto vacío, cuya existencia está garantizada a su vez, por el axioma II). Aplicando el axioma del conjunto potencia se puede construir entonces el conjunto de las partes de Z, P(Z), y a partir de éste, el conjunto de las partes de las partes de Z, P(P(Z)), y así sucesivamente. Sin embargo nada hay en la Teoría que nos permita construir el conjunto unión de todos estos conjuntos.
Fue Fraenkel (1922), quien corrigió esta situación proponiendo la introducción de un nuevo axioma en el sistema, al que llamó axioma de reemplazo. Este axioma viene a decir que si M es un conjunto, entonces el resultado de reemplazar los elementos de M por cualquier individuo del dominio B, es un nuevo conjunto.
Más aún, siguiendo una sugerencia de Skolem (1922), Fraenkel (1925) revisó el concepto de “estar determinado”, modificando consecuentemente el axioma de separación. A partir de entonces ya no era necesario contar con un dominio B de individuos en el que algunas cosas eran conjuntos y otras no, y bastó con considerar un dominio más sencillo, en el que todos sus componentes eran conjuntos.

[FONT=Verdana]8. [/FONT]Al sistema axiomático creado por Zermelo y posteriormente revisado por Fraenkel se le conoce como sistema ZF.

[FONT=Verdana]9. [/FONT]La forma en que el sistema ZF se protege de las contradicciones consiste en su propio conservadurismo. Utilizando palabras de J. Mosterín (1971), “el sistema de Zermelo viene a decir que todo lo que no está expresamente permitido está prohibido”. En efecto, para evitar contradicciones el sistema ZF limita los métodos que pueden emplearse para la construcción de conjuntos ciñéndose a aquellos que se consideran indispensables para fines matemáticos. De este modo, se excluyen de la teoría las totalidades que pueden biyectarse con el universo completo de los conjuntos.
Esta restricción resulta a veces incómoda, y frente a ella adopta von Neumann una posición crítica que le conduce a revisar el sistema axiomático de Zermelo-Fraenkel (1925, 1928). Propone entonces un nuevo sistema axiomático en el que, respetando los principios del sistema ZF, se da entrada a un nuevo tipo de entidades a las que, a diferencia de los conjuntos, no se les permite ser elementos de conjunto alguno. De esta manera, von Neumann preserva su teoría de contradicciones internas.

[FONT=Verdana]10. [/FONT]von Neumann presenta su teoría de conjuntos de una forma que se aleja de la habitualmente utilizada hasta entonces. En efecto, en lugar de hablar de un dominio de conjuntos, habla de un dominio de argumentos (I.Ding) y de un dominio de funciones (II.Ding), que se solapan en un dominio de argumento-funciones (I.II.Ding); postula la existencia de dos argumentos constantes A y B e identifica a los conjuntos con el dominio de determinadas funciones que además no resultan ser meras funciones, sino argumento-funciones. Esta forma de trabajar resulta, desde luego, un tanto artificial.

(sigue)

[pepe.campana]

Re: Fundamentos de la matematica I

[FONT=Verdana](continuación)[/FONT]

[FONT=Verdana]1. [/FONT]Bernays (1937-1954, 1958), apoyándose en un cálculo restringido de predicados de su propia invención, simplificó y reformuló el sistema de von Neumann en un lenguaje más próximo al habitual. En su sistema, Bernays distingue entre clases, que se aproximan a los II.Dinge de von Neumann, y conjuntos, que se asemejan a los I.Dinge. Las clases y los conjuntos son, así, entidades esencialmente diferentes. A pesar de ello, puede haber clases y conjuntos que tengan los mismos elementos (asemejándose a los I.II.Dinge de von Neumann). Una clase nunca es un conjunto, pero a cada clase “normal” corresponde un conjunto. Por el contrario, a cada clase última no corresponde ningún conjunto.

[FONT=Verdana]2. [/FONT]Una última simplificación del sistema se debe a Gödel (1938-1939, 1940), quien identificó las clases normales con los conjuntos correspondientes. Se llega así a una teoría en la que no hay más que clases. Las clases que son elemento de otras clases son los conjuntos y las clases que no son elemento de ninguna otra clase son las clases últimas.

[FONT=Verdana]3. [/FONT]Al sistema axiomático creado por von Neumann y posteriormente revisado por Bernays y Gödel, se le conoce como sistema NBG.

[FONT=Verdana]4. [/FONT]En el sistema ZF no hay nada que se parezca a un teorema general de existencia de conjuntos. Como ya se ha dicho, son los axiomas los que, bajo determinadas condiciones, permiten construir determinados conjuntos.
En los sistemas NBG, por el contrario, la existencia de clases no se toma como axioma. De hecho, Gödel demuestra inmediatamente después de introducir sus axiomas, el [meta]Teorema general de existencia:
Si [FONT=Symbol][FONT=Symbol]j[/FONT][/FONT](x1, …, xn) es una fórmula primitiva que no contiene más variables libres que x1, …, xn, (no necesariamente todas ellas) entonces existe una clase A tal que para cualesquiera conjuntos x1, …, xn:
<x1, …, xn> [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] A <---> [FONT=Symbol][FONT=Symbol]j[/FONT][/FONT](x1, …, xn).

[FONT=Verdana]5. [/FONT]En este teorema se entiende por fórmula primitiva una fórmula bien construida que contenga únicamente variables, constantes, el símbolo de pertenencia y signos lógicos, y tal que todas sus variables ligadas sean variables de conjuntos. Gödel las define recursivamente. Evidentemente, una fórmula primitiva es una noción metamatemática.

[FONT=Verdana]6. [/FONT]Sin embargo, tal como demostró Quine (1940), no es necesario que las variables ligadas, se refieran a conjuntos. En efecto, cabe definir un esquema de formación de clases tal que para toda fórmula [FONT=Symbol][FONT=Symbol]j[/FONT][/FONT](x) en la que la variable y no esté libre, (Existe y)(Para todo x)(x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] y <---> Cx & [FONT=Symbol][FONT=Symbol]j[/FONT][/FONT](x))
(Por favor, sustitúyase “Existe” y “Para todo” por los símbolos lógicos tradicionales y léase Cx “x es un conjunto”).

[FONT=Verdana]7. [/FONT]Puede construirse un sistema NBG que incorpore el esquema de formación propuesto por Quine con (I) el axioma de extensionalidad, (II) el axioma de formación de clases (comprehensión), (III) el axioma del par, (IV) el axioma de regularidad, (V) el axioma de la gran unión, (VI) el axioma del conjunto vacío, (VII) el axioma de reemplazo, (VIII) el axioma de infinitud, (IX) el axioma de elección y (X) el axioma del conjunto de las partes.

[FONT=Verdana]8. [/FONT]Bourbaki afirma en su tratado Éléments de Mathématique (en desarrollo desde 1939), que “todas las teorías matemáticas se pueden considerar una extensión de la teoría general de conjuntos”.

[FONT=Verdana]9. [/FONT]Se dice que una clase y es inclusiva precisamente si para cualquier elemento x de y, x es subconjunto de y. Denotamos que y e inclusiva mediante “Incl y”.
Se dice que una relación r conecta la clase y precisamente si para cada par de elementos distintos x, z de y ocurre que x está en la relación r con z, o bien z está en la relación r con x. Denotamos que y está conectada por la relación de pertenencia mediante “E conecta y”.
Se dice que una clase y está ordenada por la relación r precisamente si r es una relación transitiva, asimétrica (e irreflexiva) y r conecta y.
Se dice, así mismo, que una clase y está bien ordenada por r precisamente si r conecta y, y además, todo subconjunto no vacío suyo tiene un mínimo elemento respecto a la relación r.
Se puede demostrar que si r bien ordena y, entonces y está ordenada por r.
Se define el siguiente de la clase x a la unión de x con la clase unitaria de x, es decir, a la clase x’ = x U {x}.

[FONT=Verdana]10. [/FONT]De acuerdo con Cantor, dos conjuntos ordenados M y N son similares si entre ellos hay una correspondencia biunívoca que preserva la relación de orden.
Es inmediato comprobar que la relación “ser similar a” es una relación de equivalencia y en consecuencia, todos los conjuntos que son similares entre sí, y sólo ellos, pertenecen a una misma clase de equivalencia. Llamemos tipo a esta clase.
Pues bien, de acuerdo con Cantor, los números ordinales no son otra cosa que los tipos de los conjuntos bien ordenados.

(sigue)

[pepe.campana]

Re: Fundamentos de la matematica I

(continuación)

[FONT=Verdana]1. [/FONT]El procedimiento que siguió Cantor para definir los números ordinales no es admisible en las teorías axiomáticas. Nosotros necesitamos que los números ordinales sean conjuntos y nada nos garantiza que la clase de todos los conjuntos similares a un conjunto bien ordenado dado de antemano, lo sea.
Por este motivo von Neumann consideró la posibilidad de identificar cada número ordinal, no con la clase de equivalencia correspondiente, sino con un representante de dicha clase. Además sugirió que la elección se hiciera de forma tal que la serie de números ordinales resultante estuviera bien ordenada por la relación (primitiva) de pertenencia. Esto exige que cada número ordinal sea inclusivo y que esté conectado por la relación de pertenencia. Esta condición es la que se utiliza para definir los ordinales al modo de von Neumann:
Ord y <---> Incl y & E conecta y
Num Ord y <---> Cy & Ord y

[FONT=Verdana]2. [/FONT]La clase de todos los números ordinales se llama [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT].
Se puede demostrar que [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT] es un ordinal, es decir, es una clase inclusiva conectada por la relación de pertenencia. Sin embargo, a diferencia de los números ordinales, no es un conjunto, sino una clase última. Más aún, [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT] es el único ordinal que no es un número ordinal.
Siendo [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT] una clase última, el siguiente de [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT] es el mismo [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT].

[FONT=Verdana]3. [/FONT]Los ordinales gozan de propiedades notables. Por ejemplo:
Todo elemento de un ordinal es un ordinal.
Todo subconjunto propio de un ordinal que sea inclusivo es un ordinal.
Para cualesquiera dos ordinales x, y, ocurre que o bien x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] y, o bien y [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] x, o bien x = y.
Para todo ordinal y, si x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] y, ocurre que o bien x’ [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] y, o bien x’ = y.
Los números ordinales, además de gozar de estas propiedades, gozan de otras, por ejemplo:
El conjunto vacío es un número ordinal.
El siguiente de un número ordinal es un número ordinal.
No existe ningún número ordinal tal que su siguiente sea [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT].

[FONT=Verdana]4. [/FONT]Se dice que un número ordinal es un número límite si, siendo distinto del conjunto vacío, no es el siguiente de otro número ordinal.
Puede demostrarse que si y un número límite y x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] y, entonces x’ [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] y.
Así mismo, puede demostrarse que todo número límite es infinito.

[FONT=Verdana]5. [/FONT]Definir qué es un número límite no es lo mismo que demostrar su existencia. Si sabemos, en cambio, que existen números ordinales finitos.
Lo es, por ejemplo, el conjunto vacío. También lo es, por lo tanto, su siguiente. Y también el siguiente de su siguiente. Y el siguiente del siguiente de su siguiente. Y así sucesivamente.
Expresado en símbolos: los conjuntos
0.
1 = 0’ = 0 U {0} = {0}.
2 = 1’ = {0} U {{0}} = {0, {0}} = {0, 1}.
3 = 2’ = {0,{0}} U {{0, {0}}} = {0, {0}, {0, {0}}} = {0, 1, 2}.
…
Son números ordinales finitos. Los llamamos números naturales.

[FONT=Verdana]6. [/FONT]La clase de todos los números naturales, es decir, de los números ordinales finitos, la llamamos [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT].
En general, si x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT][FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT], x’[FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT][FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT].
Se puede demostrar que [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] es una clase inclusiva que está contenida en [FONT=Symbol][FONT=Symbol]W[/FONT][/FONT]. Por lo tanto, [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] es un ordinal.
Además, por el axioma de infinitud se sigue que [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] es un conjunto. Por lo tanto [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] es un número ordinal.
Además, [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] no es el siguiente de ningún número ordinal. En efecto, supongamos que el siguiente del número ordinal x es [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT]. Entonces, puesto que x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT] x’, se tendría x [FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT][FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT], con lo que se tendría, igualmente, x’[FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT][FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT]. Pero si esto es así, sería también [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT][FONT=Symbol][FONT=Symbol]Î[/FONT][/FONT][FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT], lo cual es imposible.
Por lo tanto, [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] es número límite.

[FONT=Verdana]7. [/FONT]De hecho, [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] es el menor de los números límite y el menor de los números infinitos. Si y es un número límite, entonces [FONT=Symbol][FONT=Symbol]w[/FONT][/FONT] está incluido en él.

[FONT=Verdana](sigue)[/FONT]

[pepe.campana]

Re: Fundamentos de la matematica I

(continuación)

[FONT=Verdana]1. [/FONT]En el sistema decádico posicional, los números naturales pueden definirse formalmente de la manera siguiente:
[FONT=Verdana]Cifras[/FONT][FONT=Verdana]:[/FONT]
[FONT=Verdana]0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, en este orden.[/FONT]
[FONT=Verdana]Números naturales[/FONT][FONT=Verdana]:[/FONT]
[FONT=Verdana]a) [/FONT][FONT=Verdana]El 1 es un número natural.[/FONT]
[FONT=Verdana]b) [/FONT][FONT=Verdana]Si n es un número natural, entonces el siguiente de n, es un número natural.[/FONT]
[FONT=Verdana]c) [/FONT][FONT=Verdana]Ninguna otra cosa es un número natural.[/FONT]
[FONT=Verdana]Regla de formación del siguiente[/FONT][FONT=Verdana]:[/FONT]
[FONT=Verdana]Dado un número natural n cualquiera, se construye el siguiente a n aplicando el procedimiento siguiente:[/FONT]
[FONT=Verdana]a) [/FONT][FONT=Verdana]Empezando[/FONT][FONT=Verdana] por la derecha, selecciónese la primera cifra. Si esta fuera 9, cámbiese por 0 y sígase en b). En caso contrario sígase en c).[/FONT]
[FONT=Verdana]b) [/FONT][FONT=Verdana]Si[/FONT][FONT=Verdana] existe, selecciónese la cifra que se encuentra inmediatamente a la izquierda de la que se tiene seleccionada. Si es 9, cámbiese por 0 y repítase b). Si no es 9 sígase sin más en c).[/FONT]
[FONT=Verdana]Si no existe, añádase la cifra 0 en ese lugar y repítase b).[/FONT]
[FONT=Verdana]c) [/FONT][FONT=Verdana]Cámbiese[/FONT][FONT=Verdana] la cifra seleccionada por la cifra que la sigue en orden y dése por concluido el proceso.[/FONT]

[FONT=Verdana]2. [/FONT]Con esta definición se ponen de manifiesto numerosas propiedades de los números para las que, sin embargo, no existe demostración. Por ejemplo:
En el proceso de formación de los números naturales, nunca se repite un mismo número.
La longitud de todo número natural n, con excepción del 1, es siempre menor que n.
Cuando se cuentan los elementos de una colección, siempre se llega al mismo resultado, independientemente del orden que se haya seguido.

[FONT=Verdana]3. [/FONT]El siguiente texto lo tomo de N. Cuesta Dutari (La sinfonía del infinito, 1981):
La numeración mal fundada de von Neumann
“A los 20 años, John von Neumann (1903-1957), en su artículo ‘Zur Einführung der transfinite Zahlen’, definió un proceso recurrente para formar conjuntos a partir del conjunto vacío 0. Numeraremos las primeras etapas en el sistema diádico:
Etapa 1 0
Etapa 10 {0}
Etapa 11 {0{0}}
Etapa 100 {0{0}{0{0}}}
Etapa 101 {0{0}{0{0}}{0{0}{0{0}}}}
El par de corchetes copulados, { }, hay que leerlo: ‘el conjunto cuyos elementos son’. Y los elementos son los conjuntos incluídos dentro, que son, precisamente, todos los formados en las etapas precedentes.
El lector puede probar, como ejercicio, que la supresión de los corchetes de apertura no cambia el significado del signo: los de cierre, en efecto, determinan el lugar donde habría que colocar el de apertura copulado con él. Según esto, tendríamos para las primeras etapas:
Etapa 1 0
Etapa 10 0}
Etapa 11 00}}
Etapa 100 00}00}}}
Etapa 101 00}00}}00}00}}}}
Evidentemente, si cambiamos el signo } por el 1, el cambio no altera lo esencial. Y tendríamos este sistema de sucesiones diádicas que nos servirían para contar:
Etapa 1 0
Etapa 10 01
Etapa 11 0011
Etapa 100 00100111
Etapa 101 0010011001001111
La regla de formación, como se ve, es la siguiente:
En cada etapa se empalman todas las ‘palabras’ construidas en las etapas precedentes, en el orden en que fueron construidas, añadiendo al final la ‘cifra’ 1.
Dejamos al lector el siguiente:
Problema. Dar un criterio que permita distinguir entre las expresiones diádicas numerales (bien formadas) y las no numerales (mal formadas).”

Hasta la próxima.

[^Cuervo^]

Para meditar un rato...

En primer lugar me gustaría felicitarle por su post, en el que hace usted un buen repaso de las teorías axiomáticas de conjuntos del siglo XX y de una forma elaborada y bastante exacta.
Su lectura me incita por eso a hacer algunas puntualizaciones para meditar sobre algunos temas de fondo que todo ello lleva a mi parecer implícito.
Cierto es que cuando de física se trata, nada es infinito, y que por lo tanto nada hay en la física que nos de pie hoy por hoy, para afirmar o negar la existencia o las propiedades de los ordinales o cardinales transfinitos. De ahí precisamente la indecidibilidad real de muchos enunciados importantes, como la hipótesis del continuo o el axioma de elección mismo. Puede que al final resulten ser una construcción lógica sin utilidad práctica, aunque ejemplos hay en la historia que demuestran que dichas construcciones que en su momento no eran practicas, acabaron siendo de gran utilidad. Véase como ejemplo las geometrías no euclideas.
Por otro lado, que nuestra física se rija por términos finitos, no quiere decir que la realidad sea finita en última instancia. A lo mejor la finitud es una limitación nuestra más que de la realidad que pretendemos modelar. Porque claro, hablando de hechos yo le diré uno: Cada vez que se ha pretendido en un exceso de triunfalismo del método científico la busqueda de la teoría última de la realidad, dicha teoría ha caido por el propio peso de la realidad misma. Porque hablando de hechos, ¿no es un hecho acaso que nunca hemos encontrado límite alguno ni en lo grande ni en lo pequeño, y que, todo saber científico de hoy, es en el mejor de los casos un caso particular de la teoría de mañana?. No será que precisamente la realidad en sí misma es el límite al que podemos acercanos sin nunca llegar a alcanzar?.
Además, cuidado, el lenguage de la física es matemático, sírvanse abrir un libro de física y lo verán lleno de integrales, derivadas, ecuaciones diferenciales, espacios vectoriales reales y complejos, funciones de onda de variable compleja, etc....
Porque claro los hechos que nosotros percibimos, los percibimos a nuestro modo, es decir, si algo que sucede "ahí afuera" no excita nuestros sentidos de forma que una cierta información llegue a nuestro cerebro y éste la conceptualice de alguna forma, difícilmente creo que pueda usted hablar de hecho alguno.
¿Podemos ver un hecho que no seamos capaces de conceptualizar?
Todo el mundo ve los hechos físicos de la misma forma y los conceptualiza de la misma manera?
El debate entre la realidad y los conceptos que asociamos a la misma podría ser muy amplio, y traspasar los límites de la física y la matemática llegando a introducirse incluso en la teoría del conocimiento o la psicología.
Por otro lado, y ya que hablamos de teorías axiomáticas que nos permiten enfrentarnos con el infinito actual, es decir, aquel en el que nuestra intuición cae por los suelos y hace preciso el auxilio de las teorías axiomáticas, convendría tener en cuenta, que en un sentido amplio estas teorías han fracasado.
Me explico.... El origen de estas teorías como usted bien sabe, era resolver uno de los problemas fundamenales que propuso Hilbert, el de poder reducir todas las matemáticas a un conjunto de axiomas y reglas de inferencia, del que se pudiera deducir sin ambigüedad alguna la veracidad o falsedad de cualquier enunciado matemático. Tal vez con el último proposito de que toda verdad matemática fuera algorítmica digamos.
Bien, como también conocerá usted, Gödel demostró que dicho intento era irreliazable, en el sentido de que, todo sistema axiomático aritmético recursivo de este tipo tenía el defecto de presentar enunciados indecidibles. De hecho la cosa era peor que eso en realidad, ya que la propia consistencia del sistema era un enunciado indecidible desde dentro del propio sistema precisamente.
O sea que por no tener, no teniamos siquiera prueba de consistencia.
Estos hechos son bien conocidos, y de por sí ya nos indican, que no es que no podamos hacer nada, pero que en última instancia la perfección no existe.
Ahora bien un hecho menos conocido es que, la teoría de conjuntos presentaba el problema de que predecía la aparición de objetos distintos al objeto primitivo de la teoría, es decir, que el conjunto de todos los conjuntos, la clase R de Russell o el conjunto de todos los ordinales o cardinales no podían ser conjuntos sino que debían ser entes de otra naturaleza.
Fue por ello fundamentalmente que distintos matemáticos como Von Neumann o Gödel introdujeron el concepto de clase, de forma que las clases que pertenecían a otras clases eran conjuntos, y las que no eran lo que se denominaba clases propias. Así los conjuntos antes mencionados no eran en realidad conjuntos sino ejemplos de dichas clases propias.
Sin embargo, ¿qué pasa con la clase de todas las clases, por ejemplo?
Pues como ustedes pueden haber adivinado, dicha clase no es una clase, luego habíamos caído en un círculo vicioso.
Y si dicha clase fuera una metaclase, pues pasaría que la metaclase de todas las metaclases no sería una metaclase sino una metametaclase y así sucesivamente.
Es decir, que el problema es mucho mayor que el mero hecho de que existan varios modelos para la idea de conjunto, que no coincidan en sus propiedades, el problema mayor es que escojamos el objeto primitivo que queramos para nuestra teoría, éste es superado por la teoría misma.
Casi podriamos decir que, una vez introducido el infinito, se había abierto la caja de los truenos.
Así que, ojo, es muy usual confundir las matemáticas con la lógica, y decir que las matemáticas son una herramienta de la física.
Las matemáticas son en realidad un lenguage que nosostros usamos para expresar la realidad física, en el que la lógica se hace menester en cuanto nuestra intuición fracasa.
Pero por lo que dije antes, las matemáticas trascienden y no pueden encajonarse en sistema axiomático alguno, que no es lo mismo que decir que dichos sistemas no tengan utilidad alguna. Por otro lado, las matemáticas podrían definirse como una herramienta, sino fuera que, como dije antes, difícilmente podrá usted percibir hecho alguno, si no lo conceptualiza de alguna forma.
O sea que habrá que ir con cuidado, no sea que al final, en vez de sobre hechos, estemos siempre hablando sobre conceptos.
Venga les dejo que lo mediten y sigan escribiendo posts tan interesantes como los que se han podido leer hasta ahora
Un saludo del ^Cuervo^

[mrwhite]

Re: Fundamentos de la matematica I

[...] tendríamos este sistema de sucesiones diádicas que nos servirían para contar:
Etapa 1 0
Etapa 10 01
Etapa 11 0011
Etapa 100 00100111
Etapa 101 0010011001001111
La regla de formación, como se ve, es la siguiente:
En cada etapa se empalman todas las ‘palabras’ construidas en las etapas precedentes, en el orden en que fueron construidas, añadiendo al final la ‘cifra’ 1.
Dejamos al lector el siguiente:
Problema. Dar un criterio que permita distinguir entre las expresiones diádicas numerales (bien formadas) y las no numerales (mal formadas).”

Hasta la próxima.

Hola, creo que he dado con un criterio no recursivo.

Una expresión diádica será numeral si cumple alguna de las condiciones:
- Es "0"
- Es "01"
- Es la concatenación de $2^k$ (para algún k=0,1,2,...) cadenas compuestas por las cifras "00" y tantos "1"'s como el máximo exponente de 2 que divide al número de "0"'s que precedan en la expresión, seguidas por un "1".


Demostrazione ma non tropo

Se puede comprobar que esto es así, por ejemplo, observando que la regla de formación de numerales es equivalente a otra regla en la que sólo se emplea el numeral producido en la etapa anterior, válida para generar a partir de la tercera etapa:
- Se elimina el "1" final del numeral anterior
- Se concatenan dos copias de esta cadena
- Se añaden dos "1"'s al final.

Ya que el numeral de la tercera etapa tiene dos "0"'s seguidos por un "1" que la regla de formación no altera, ya que dicha regla no añade ningún "0" y puesto que todos los subsiguientes numerales se obtienen de concatenar copias de este bloque ("001") y "1"'s, se deduce que la cifra "0" aparecerá siempre (a partir del tercer numeral) en parejas.

Ahora, considerando que en cada etapa, la regla de formación elimina el "1" final del numeral anterior, y lo "repone" al final del nuevo numeral, podemos prescindir de esto en la regla de formación recursiva, quedando:
- Se concatenan dos copias de la etapa anterior
- Se añade un "1" al final.
... si acordamos que para obtener el numeral a partir de las cadenas así generadas debemos añadir un "1".

De esta manera, la cadena pre-numeral en la tercera etapa y subsiguientes sería:
Etapa 11 001
Etapa 100 0010011
Etapa 101 001001100100111
...

Observamos que son las cadenas correspondientes a los numerales, pero sin el "1" final.
Observamos también que el número de "0"'s es siempre una potencia de 2.

Por tanto, únicamente se añade un "1" por etapa y al final, i.e. cuando el número de "0"'s que precede se duplica, o dicho de otra forma, cuando este número es divisible por una nueva potencia de 2.

Podemos así mismo plantear una modificación del criterio para aplicarla a estos pre-numerales sin más que eliminando la comprobación del "1" final.


Inducción

La primera parte de cada pre-numeral es idéntico al pre-numeral anterior, por lo que suponiendo que el anterior cumple el criterio, hasta ese punto también lo cumplirá el nuevo.

En la segunda parte de cada numeral, a cada grupo de "1"'s le precede un número de "0"'s igual a los que le precedían en su posición correspondiente más una potencia de 2 (el número de "0"'s total que había en el pre-numeral anterior), i.e. es de la forma $2^a + 2^b m = 2^b (2^{a-b} + m)$, con $a \ge b$ y m impar.
- El caso de $a=b$ se da únicamente para el grupo final, siendo además $m=1$, por lo que el máximo exponente de 2 será uno mayor ($2^a (2^{a-a} + 1) = 2^{a+1}$).
- En los demás casos la máxima potencia de 2 que dividirá a este número será b, la misma que le correspondía en su emplazamiento original, ya que m es impar, y $2^{a-b}$ es par.

Por tanto, la segunda parte también cumplirá el criterio, suponiendo que el pre-numeral anterior lo cumpla.

Finalmente, verificamos que la cadena "001" cumple el criterio.

[pepe.campana]

Re: Para meditar un rato...

[FONT=Verdana]Hola de nuevo.[/FONT]

[FONT=Verdana]No es fácil dar contestación al último post de Cuervo. En él se plantean cuestiones que no tienen tanto que ver con los fundamentos de las matemáticas como con la filosofía de las matemáticas en general, y con la aplicación de las matemáticas al mundo natural, en particular.[/FONT]
[FONT=Verdana]No se puede concretar una respuesta a estas cuestiones en tan poco espacio ni en tan corto tiempo.[/FONT]
[FONT=Verdana]Quisiera, no obstante, compartir con ustedes algunas de mis reflexiones.[/FONT]

[FONT=Verdana]1. [/FONT][FONT=Verdana]Dice Cuervo: “…la teoría de conjuntos presentaba el problema de que predecía la aparición de objetos distintos al objeto primitivo de la teoría, es decir, que el conjunto de todos los conjuntos,…”[/FONT]

[FONT=Verdana]No puedo estar de acuerdo. La teoría axiomática de conjuntos, al igual que cualquier otra teoría axiomática (y me atrevería a decir y no axiomática), no puede predecir algo que está fuera de la propia teoría.[/FONT]
[FONT=Verdana]Un sistema formal se construye:[/FONT]
[FONT=Verdana](i) [/FONT][FONT=Verdana]postulando un sistema de axiomas compuesto por los axiomas del cálculo lógico que se va a utilizar y, en su caso, por los axiomas particulares que requiere la teoría [/FONT]
[FONT=Verdana](ii) [/FONT][FONT=Verdana]estableciendo de una vez para siempre las reglas de derivación que han de permitir la obtención de nuevas fórmulas a partir de las ya obtenidas, y[/FONT]
[FONT=Verdana](iii) [/FONT][FONT=Verdana]fijando tantos dominios de individuos como sean necesarios para determinar los ámbitos de variabilidad de los diferentes tipos de variables utilizadas en la teoría.[/FONT]
[FONT=Verdana]En este sentido, los conjuntos son los entes que constituyen el dominio de variabilidad sobre el que está construido el sistema ZF, mientras que las clases son los entes que constituyen el dominio de variabilidad sobre el que está construido el sistema NBG. Nada tiene en común el primero con el segundo. El hecho de que el dominio de las clases incluya clases y conjuntos es consecuencia directa de los axiomas por los que se rige la teoría NBG; en particular, de aquel que postula que los elementos de una clase son conjuntos.[/FONT]
[FONT=Verdana]Decir que la teoría (ZF) de conjuntos predecía la aparición de objetos distintos al objeto primitivo de la teoría es como decir que la geometría de Euclides predecía la aparición de rectas paralelas que no son paralelas (y estoy seguro de que Cuervo no quería decir esto).[/FONT]

[FONT=Verdana]2. [/FONT][FONT=Verdana]Dice también Cuervo: “Sin embargo, ¿qué pasa con la clase de todas las clases, por ejemplo? Pues como ustedes pueden haber adivinado, dicha clase no es una clase, luego habíamos caído en un círculo vicioso. Y si dicha clase fuera una metaclase, pues pasaría que la metaclase de todas las metaclases no sería una metaclase sino una metametaclase y así sucesivamente.”[/FONT]

[FONT=Verdana]Vayamos por partes:[/FONT]
[FONT=Verdana]En el ámbito de la teoría axiomática NBG, si la clase A es elemento de la clase B, entonces A es un conjunto, en cuyo caso, la clase de todas las clases es la clase de todos los conjuntos, es decir, la clase universal. No podemos evitar que esto sea así.[/FONT]
[FONT=Verdana]En otros ámbitos podemos decir lo que queramos. Incluso que la clase de todas las clases es la clase primera de los vuelos transatlánticos. Ignoro si los que viajan en esta clase constituyen un círculo vicioso. De lo que estoy seguro es que tal círculo no cabe en la teoría de conjuntos.[/FONT]

[FONT=Verdana]Con el permiso de Cuervo, reescribiré lo que entiendo que quiere decir:[/FONT]
[FONT=Verdana]“Sin embargo, ¿qué pasa con los principios en los que se sostiene el razonamiento metamatemático? ¿Deberíamos establecer un sistema axiomático con el que fundamentar las metamatemáticas? ¿Tiene sentido hacer unas metametamatemáticas y así sucesivamente?” [/FONT]

[FONT=Verdana]En mi opinión –y creo que en la de la mayoría de ustedes- no tiene sentido construir unas metametamatemáticas. Al menos mientras utilicemos métodos finitistas en la esfera metamatemática. Siempre cabe, desde luego, utilizar argumentos no finitistas, pero ¿de qué sirve utilizar teorías más potentes que los propios sistemas formales con los que estamos trabajando, para demostrar propiedades referentes a estos últimos? [/FONT]
[FONT=Verdana](Y sin embargo, no sólo se puede, sino que además se hace. Así, por ejemplo, Gentzen probó en 1936 la consistencia de la aritmética clásica utilizando procedimientos de inducción transfinita sobre los ordinales menores que ε0, esto es, los ordinales menores que el límite de la sucesión ω, ω elevado a ω, [FONT=Verdana]ω elevado a [FONT=Verdana]([/FONT]ω elevado a ω)[/FONT], etc.)[/FONT]

[FONT=Verdana]3. [/FONT][FONT=Verdana]Agrupo, por último, algunas afirmaciones de Cuervo en las que conecta las matemáticas con su aplicación al estudio del mundo natural:[/FONT]
[FONT=Verdana]Así, por ejemplo, dice Cuervo: “A lo mejor la finitud es una limitación nuestra más que de la realidad que pretendemos modelar.” [/FONT]
[FONT=Verdana]Y también[/FONT][FONT=Verdana] “Así que, ojo, es muy usual confundir las matemáticas con la lógica, y decir que las matemáticas son una herramienta de la física. Las matemáticas son en realidad un lenguaje que nosotros usamos para expresar la realidad física, en el que la lógica se hace menester en cuanto nuestra intuición fracasa.” [/FONT]
[FONT=Verdana]Y: “Pero por lo que dije antes, las matemáticas trascienden y no pueden encajonarse en sistema axiomático alguno, que no es lo mismo que decir que dichos sistemas no tengan utilidad alguna. Por otro lado, las matemáticas podrían definirse como una herramienta, sino fuera que, como dije antes, difícilmente podrá usted percibir hecho alguno, si no lo conceptualiza de alguna forma. O sea que habrá que ir con cuidado, no sea que al final, en vez de sobre hechos, estemos siempre hablando sobre conceptos.”[/FONT]

[FONT=Verdana]Yo pienso que las matemáticas son una herramienta para los físicos. No quiero decir con esto que las matemáticas sólo sean eso. Al contrario, las matemáticas constituyen un cuerpo de conocimiento absolutamente independiente del hecho físico, cuya validez se constata únicamente apelando a la razón. En no pocas ocasiones, sin embargo, cuando abordamos el estudio de ciertas disciplinas, nos damos cuenta de que se reproducen en ellas estructuras semejantes a aquellas de las que tratan determinadas teorías matemáticas. Otorgamos entonces a las primeras propiedades idénticas a las que se han hallado, por aplicación exclusiva del razonamiento, en las segundas y con ello dotamos a los teoremas abstractos que proporcionan las matemáticas, de contenido y significado concreto. La física es a mi entender, un claro ejemplo de lo que digo.[/FONT]

[FONT=Verdana]Ahora bien, la física es algo esencialmente distinto a las matemáticas. En efecto, les corresponde a los físicos resolver un problema fundamental y harto complejo, a saber, la interpretación de los hechos físicos y la formulación de modelos conceptuales capaces de reproducir las estructuras de tales hechos. Podrá entonces el físico establecer leyes y, basándose en ellas, predecir resultados experimentales aún antes de que se produzca la observación. Y desde luego que este problema es complejo, aunque sólo sea porque todas las leyes físicas y los conceptos en las que se apoyan, son resultado de la inducción y, en consecuencia, susceptibles de revisión e, incluso, de rechazo. Y por eso creo que no hay una solución última, sino que más bien es un proceso sin fin: según se avanza aparecen nuevas y nuevas lagunas en los modelos que se van creando.[/FONT]
[FONT=Verdana]Pero esta misma formulación del quehacer del físico está plagada de innumerables problemas filosóficos. Así, por ejemplo, ¿cómo se relaciona la observación y la existencia física? ¿Es necesario que algo sea observable para que exista o, contrariamente, es necesario que algo exista para que se pueda observar? La observación actual ¿es necesaria para la existencia física? Si algo existe, ¿entonces es observado? ¿Hay hechos objetivos? ¿Cuál es nuestra (su) ontología? ¿Qué es lo primero por lo que respecta al conocimiento? ¿Qué es el espacio? ¿Y el tiempo?[/FONT]

Con todos mis respetos

[pepe.campana]

Re: Fundamentos de la matematica I

Hola, creo que he dado con un criterio no recursivo.

Saludos.

[FONT=Verdana]Es posible que no haya entendido con exactitud la solución que propone al problema, pero me da la sensación de que su solución no hace sino repetir el procedimiento de construcción que aparece en el enunciado. [/FONT]
[FONT=Verdana]Basándose exclusivamente en su solución ¿podría construir el numeral correspondiente, por ejemplo, a la etapa 1111? Quizás si construye paso a paso un caso particular pueda terminar de ver qué quiere decir.[/FONT]

[FONT=Verdana]En cualquier caso, con el problema de Cuesta Dutari sólo pretendía poner de manifiesto lo artificial que resulta en algunos aspectos la teoría de clases.[/FONT]
[FONT=Verdana]A mi modo de entender, los números naturales son el 1, el siguiente del 1, el siguiente del siguiente del 1, y así sucesivamente. Dicho de otra forma, entiendo a los naturales como el resultado de aplicar la regla de formación del siguiente tal y como los concibió en su momento G. Peano. Puesto de lo que se trata es de concretar en qué consiste la operación “el siguiente de”, me vale, a priori, con utilizar la regla por la que se construye el sistema decádico posicional.[/FONT]
[FONT=Verdana]Reconozco que los naturales, definidos al modo de Von Neumann, también son el resultado de aplicar de forma reiterada la operación del siguiente, y que su definición es coherente con los elementos sobre los que se construye la teoría de clases (aunque no es la única posible; hubo un intento previo, debido a Zermelo, consistente en construir la serie 0, {0}, {{0}},…). Pero creo que la definición de Von Neumann no es útil si lo que se pretende es utilizar los naturales. De hecho, una vez definido el número {0}, es conveniente introducir una definición explícita, a saber:[/FONT]
[FONT=Verdana]Df. 1 = {0}[/FONT]
[FONT=Verdana]De igual modo, tras definir el número {0, {0}}, es conveniente introducir una nueva definición, a saber:[/FONT]
[FONT=Verdana]Df. 2 = {0, {0}}[/FONT]
[FONT=Verdana]Y así sucesivamente.[/FONT]
[FONT=Verdana]Desde luego, se puede argumentar en contra de lo que digo. Es totalmente cierto, y en consecuencia no puedo manifestarme en desacuerdo, que las definiciones explícitas a las que hago alusión son, como todas las definiciones explícitas de la teoría de clases, superfluas y, por lo tanto, innecesarias. Pero de no hacerlo perderíamos una parte muy importante del instrumental matemático. Por ejemplo, cuando los naturales se construyen al modo de Von Neumann ¿tiene sentido hablar de los números de una longitud determinada? (obsérvese que ya desde la etapa 3, la longitud de cualesquiera de ellos es mayor que cualesquiera de los números ya formados).[/FONT]

Hasta otra

[^Cuervo^]

Re: Fundamentos de la matematica I

En primer lugar me gustaría felicitar a pepe por sus excelentes posts, y agradecercelos porque sin duda mejoran el nivel de este foro.
Ciertamente acepto las apreciaciones que hace sobre lo que había expuesto, y efectivamente, el fondo lo que yo exponía era el que usted dice. La imposibilidad de escapar a nuevas y nuevas metamatemáticas para desarrollar los conceptos que no pueden hacer las anteriores.
También son sumamente interesantes las últimas preguntas que fromula en su post, y en esencia, nos remiten a la relación entre hecho físico y observador que lo conceptualiza, porque como usted bien dice, cabría preguntarse que papel desempeña el observador en la realidad misma, o que pasaría con una realidad de la que observador ninguno diera constancia. Además el observador no es ageno a la propia realidad, ya que él en si mismo es real.
Yo desde luego no pretendo tener una respuesta a todas estas preguntas, pero me parece que dicha respuesta podría canviar como vemos muchas cosas.
Sin embargo lo que me gustaría exponer en este post, es simplemente que la distinción entre física, matemáticas y lógica, me parece demasiado ambigua y artificial.
Me remito una vez más a lo que expuse en mi primer post, para que vea lo que quiero decir:
"Entonces podrían estarse ustedes preguntando, pero si nos basamos en cosas tan "ambiguas", tan poco "obvias", como puede ser que las matemáticas puedan construirse a partir de ellas?. Mi respuesta a dicha pregunta sería, que más que buscar verdades "obvias", la busqueda de los axiomas oportunos, consiste en encontrar cuales son las propiedades esenciales que deben tener los conjuntos para que a partir de ellas y las reglas de inferencia de nuestro sistema, podamos demostrar la mayor cantidad de propiedades ya contrastadas en la realidad física (digo la mayor cantidad, porque como antes dijimos la totalidad es imposible). Sería algo así como un proceso de síntesis, es decir, el proceso no solo va de abajo hacia arriba y es por lo tanto de naturaleza deductiva, sino que se tiene en cuenta a donde queremos llegar, para determinar desde donde empezamos, o sea en cierta forma es un proceso inductivo a su vez. Las matemáticas no pueden en definitiva, prescindir de la realidad física, que de una u otra forma pretenden representar, y es por ello, que un sistema puede ser impecable desde el punto de vista lógico, pero no ser de interés para las matemáticas.
Digamos que a mi forma de ver, una cosa es la verdad lógica, otra el hecho físico, y las matemáticas vendrían a ser el puente entre ambas.
Para poner un ejemplo de lo que quiero decir, consideren un sistema axiomático del que se dedujera que 2+2 no es 4 (dejando bases de numeración aparte), es obvio, que no tendría mucho interés para las matemáticas, por muy impecable que fuera desde un punto de vista lógico.
Por otro lado, piensen que uno de los objetivos de la teoría de conjuntos en su origen, fue definir los números naturales como conjuntos, y a partir de esa definición definir el orden y las operaciones entre ellos, para demostrar las propiedades de dichas operaciones y relaciones a partir de los axiomas mismos. Sin embargo un resultado colateral de dicha construcción, es la aparición de la teoría de ordinales, y de cardinales transfinitos, con axioma de elección e hipótesis del continuo de por medio. Dichos nuevos elementos, no está claro que realidad física tienen en realidad, de ahí que su indecidibilidad en muchos casos sea absoluta, pero si dichos elementos realmente tienen algún contraste o no en la realidad física, es algo que hoy por hoy está por ver, por lo tanto, podría ser, que simplemente nos estemos pasando con los axiomas, para entendernos. Digamos que al menos, hoy por hoy, no hay nada físico que nos permita decir si es una u otra cosa en estos ámbitos."