1. 概述
自然数 是指形如
2. 定义
2.1. ZFC 集合论 中的定义
在以 ZFC 集合论 为基础的主流数学中, 任何数学对象皆为 集合, 因此每个自然数都应定义为集合. 一般采用以下方式归纳定义:
定义 1 (自然数)
注记 2
无穷公理 给出归纳集
, 而幂集公理与分离公理保证 是集合. 若 是任意归纳集, 则 仍属于 , 因而 ; 同时 包含 且对后继运算封闭, 所以它是最小的归纳集.
注记 3 (约定)
部分文献使用不同的约定, 例如不将
当作 自然数. 但该处不采用此约定.
2.2. 通过 公理 定义
详情请参阅 Peano 公理.
3. 例子
例子 4 (
到 的自然数)
4. 相关性质
4.1. 序结构
命题 5 (自然数集构成全序集)
命题 6 (自然数集满足离散性)
证明 7 (自然数集满足离散性)
令
. 因 对后继运算封闭, ; 对任意 , 有 , 从而 , 所以 是归纳集. 由 的最小性, , 故 . 再由 Peano 公理 中的 不是后继以及后继映射的单射性, 每个非零自然数唯一写成某个自然数的后继. 按 von Neumann 自然数的序定义, 当且仅当 .
- 由
, 有 . 若存在 满足 , 则 且 , 从而 或 , 两者都矛盾. 因而 是 的紧邻后继元. - 每个
唯一写成某个自然数的后继, 因而存在唯一紧邻前驱元 . - 若存在
满足 , 则同上有 且 或 , 矛盾.
公理 8 (良序性原理)
4.2. 代数结构
命题 9 (自然数集连同加法构成幺半群)
命题 10 (自然数集连同加法与乘法构成半环)
5. 相关概念
6. 术语翻译
| 中文 | 英文 |
|---|---|
| 自然数 | natural number |