Teori himpunan

Teori Himpunan (Inggris: set theory) adalah teori mengenai kumpulan objek-objek abstrak. Teori himpunan biasanya dipelajari sebagai salah satu bentuk:

• Teori himpunan naif, dan
• Teori himpunan aksiomatik, yang mendasarkan teori himpunan pada istilah-istilah dan relasi yang tak terdefinisikan, serta aksioma-aksioma yang nantinya akan membangun keseluruhan teori himpunan.

Studi modern tentang teori himpunan diprakarsai oleh Georg Cantor dan Richard Dedekind pada tahun 1870. Setelah penemuan paradoks di teori himpunan naif, seperti paradoks Russell, banyak sistem aksioma diusulkan pada awal abad ke-20, di mana aksioma Zermelo–Fraenkel, dengan atau tanpa aksioma pilihan, adalah yang paling terkenal.

Teori himpunan umumnya digunakan sebagai sistem dasar untuk matematika, khususnya dalam bentuk teori himpunan Zermelo-Fraenkel dengan aksioma pilihan. Di luar peran dasarnya, teori himpunan adalah cabang matematika dalam dirinya sendiri, dengan komunitas riset yang aktif. Penelitian kontemporer ke dalam teori himpunan mencakup beragam koleksi topik, mulai dari struktur garis bilangan real hingga studi tentang konsistensi kardinal besar.

Sejarah

Georg Cantor.

Topik matematika biasanya muncul dan berkembang melalui interaksi di antara banyak peneliti. Teori himpunan, bagaimanapun, didirikan oleh sebuah makalah pada tahun 1874 oleh Georg Cantor: "Pada Properti Koleksi Semua Bilangan Aljabar Nyata".

Sejak abad ke-5 SM, dimulai dengan Yunani ahli matematika Zeno dari Elea di Barat dan awal matematikawan India di Timur, matematikawan memiliki himpunan tak hingga. Yang paling menonjol adalah karya Bernard Bolzano di paruh pertama abad ke-19. Pemahaman modern tentang ketidakterbatasan dimulai pada tahun 1870–1874, dan dimotivasi oleh karya Cantor di analisis riil. Pertemuan tahun 1872 antara Cantor dan Richard Dedekind mempengaruhi pemikiran Cantor, dan berpuncak pada makalah Cantor tahun 1874.

Karya Cantor awalnya mempolarisasi ahli matematika pada masanya. Sementara Karl Weierstrass dan Dedekind mendukung Cantor, Leopold Kronecker, sekarang dipandang sebagai pendiri konstruktivisme matematika. Teori himpunan Cantorian akhirnya menyebar luas, karena kegunaan konsep Cantorian, seperti korespondensi satu-ke-satu di antara himpunan, buktinya bahwa ada lebih banyak bilangan riil daripada bilangan bulat, dan "infinity of infinities" ("Cantor's paradise") yang dihasilkan dari operasi set daya. Kegunaan teori himpunan ini mengarah ke artikel "Mengenlehre", disumbangkan pada tahun 1898 oleh Arthur Schoenflies ke ensiklopedia Klein.

Gelombang kegembiraan berikutnya dalam teori himpunan muncul sekitar tahun 1900, ketika ditemukan bahwa beberapa interpretasi teori himpunan Cantorian menimbulkan beberapa kontradiksi, disebut antinomi atau paradoks. Bertrand Russell dan Ernst Zermelo secara independen menemukan paradoks paling sederhana dan paling terkenal, yang sekarang disebut paradoks Russell: pertimbangkan "himpunan dari semua himpunan yang bukan anggota dirinya sendiri", yang mengarah pada kontradiksi karena harus menjadi anggota dari dirinya sendiri dan bukan anggota dari dirinya sendiri. Pada tahun 1899, Cantor sendiri mengajukan pertanyaan "Berapakah nomor kardinal dari himpunan semua himpunan?", Dan memperoleh paradoks terkait. Russell menggunakan paradoksnya sebagai tema dalam ulasan 1903 tentang matematika kontinental dalam bukunya The Principles of Mathematics.

Pada tahun 1906, pembaca bahasa Inggris memperoleh buku Theory of Sets of Points oleh suami dan istri William Henry Young dan Grace Chisholm Young, diterbitkan oleh Cambridge University Press.

Momentum teori himpunan sedemikian rupa sehingga debat tentang paradoks tidak mengarah pada pengabaiannya. Karya Zermelo pada tahun 1908 dan karya Abraham Fraenkel dan Thoralf Skolem pada tahun 1922 menghasilkan himpunan aksioma ZFC, yang menjadi himpunan aksioma yang paling umum digunakan untuk teori himpunan. Karya analis, seperti Henri Lebesgue, menunjukkan utilitas matematika yang hebat dari teori himpunan, yang sejak itu menjadi jalinan dalam jalinan matematika modern. Teori himpunan biasanya digunakan sebagai sistem dasar, meskipun di beberapa area — seperti geometri aljabar dan topologi aljabar, teori kategori dianggap sebagai fondasi yang disukai.

Himpunan

Contoh sebuah diagram Venn : irisan anggota dari himpunan A dan B

Himpunan adalah kumpulan dari objek-objek tertentu yang tercakup dalam satu kesatuan dengan keterangannya yang jelas. Untuk menyatakan suatu himpunan, digunakan huruf kapital seperti A, B, C dsb. Sedangkan untuk menyatakan anggota-anggotanya digunakan huruf kecil seperti a, b, c, dsb.

Menyatakan himpunan

Ada empat cara untuk menyatakan suatu himpunan.

• Enumerasi

  Dengan mendaftarkan semua anggotanya (roster) yang diletakkan di dalam sepasang tanda kurung kurawal, dan di antara setiap anggotanya dipisahkan dengan tanda koma. Contoh:

  • A = {a, i, u, e, o}
• Simbol baku

  Dengan menggunakan simbol tertentu yang telah disepakati.

  Contoh:

  • P adalah himpunan bilangan bulat positif
  • Z adalah himpunan bilangan bulat
  • R adalah himpunan bilangan riil
  • C adalah himpunan bilangan kompleks
• Notasi pembentuk himpunan

  Dengan menuliskan ciri-ciri umum atau sifat-sifat umum (role) dari anggota.

  Contoh:

  • A = {x|x adalah himpunan bilangan bulat}
• Diagram Venn

  Menyajikan himpunan secara grafis dengan tiap-tiap himpunan digambarkan sebagai lingkaran dan memiliki himpunan semesta (U) yang digambarkan dengan segi empat.

Beberapa ontologi

Artikel utama: von Neumann universe

An initial segment of the von Neumann hierarchy.

Himpunan adalah murni jika semua anggotanya adalah himpunan, semua anggotanya adalah himpunan, dan seterusnya. Contohnya, himpunan {{}} hanya berisi himpunan kosong adalah himpunan murni tidak kosong. Dalam teori himpunan modern, adalah umum untuk membatasi perhatian pada von Neumann universe himpunan murni, dan banyak sistem teori himpunan aksiomatik dirancang untuk melakukan aksioma himpunan murni. Ada banyak keuntungan teknis dari pembatasan ini, dan sedikit umum yang hilang, karena pada dasarnya semua konsep matematika dapat dimodelkan dengan himpunan murni. Kumpulan di alam semesta von Neumann diatur ke dalam hierarki kumulatif, berdasarkan seberapa dalam anggotanya, anggota anggotanya, dll. Setiap set dalam hierarki ini ditetapkan (oleh transfinite recursion) sebuah bilangan ordinal $\alpha$, dikenal sebagai peringkat. Pangkat himpunan murni $X$ didefinisikan sebagai batas atas terkecil dari semua penerus dari jajaran anggota $X$. Misalnya, himpunan kosong diberi peringkat 0, sedangkan himpunan {{}} hanya berisi himpunan kosong yang diberi peringkat 1. Untuk setiap ordinal $\alpha$, himpunan $V_{\alpha }$ didefinisikan terdiri dari semua set murni dengan peringkat kurang dari $\alpha$. Seluruh alam semesta von Neumann dilambangkan $V$.

Teori himpunan aksiomatik

Teori himpunan dasar dapat dipelajari secara informal dan intuitif, sehingga dapat diajarkan di sekolah dasar menggunakan diagram Venn. Pendekatan intuitif secara diam-diam mengasumsikan bahwa suatu himpunan dapat dibentuk dari kelas semua objek yang memenuhi kondisi tertentu tertentu. Asumsi ini menimbulkan paradoks, yang paling sederhana dan paling terkenal adalah paradoks Russell dan paradoks Burali-Forti. Teori himpunan aksiomatik pada awalnya dirancang untuk menyingkirkan teori himpunan dari paradoks tersebut.

Sistem teori himpunan aksiomatik yang paling banyak dipelajari menyiratkan bahwa semua himpunan membentuk hierarki kumulatif. Sistem seperti itu datang dalam dua bentuk, yang ontologi terdiri dari:

• Himpunan sendiri. Ini termasuk teori himpunan aksiomatik yang paling umum, Zermelo–Fteori himpunan fraenkel dengan Aksioma Pilihan (ZFC). Fragmen dari ZFC termasuk:
  • Teori himpunan Zermelo, yang menggantikan skema aksioma penggantian dengan pemisahan;
  • Teori himpunan umum, sebuah fragmen kecil dari teori himpunan Zermelo cukup untuk aksioma Peano dan himpunan terbatas;
  • Kripke–Platek set theory, which omits the axioms of infinity, powerset, and choice, and weakens the axiom schemata of separation and replacement.
• Himpunan dan kelas yang sesuai. Ini termasuk teori himpunan Von Neumann – Bernays – Gödel, yang memiliki kekuatan yang sama dengan ZFC untuk teorema tentang himpunan saja, dan teori himpunan Morse – Kelley dan teori himpunan Tarski–Grothendieck, keduanya lebih kuat dari ZFC.

Sistem di atas dapat dimodifikasi untuk mengizinkan urelement, objek yang dapat menjadi anggota himpunan tetapi bukan himpunan itu sendiri dan tidak memiliki anggota.

Sistem Yayasan Baru dari NFU (mengizinkan urelement) dan NF (kekurangannya) tidak didasarkan pada hierarki kumulatif. NF dan NFU menyertakan "sekumpulan segalanya", yang relatif setiap set memiliki pelengkap. Dalam sistem ini urelemen penting, karena NF, tetapi bukan NFU, menghasilkan himpunan yang tidak dimiliki aksioma pilihan.

Sistem teori himpunan konstruktif, seperti CST, CZF, dan IZF, menyematkan aksioma himpunannya di intuitif daripada logika klasik. Namun sistem lain menerima logika klasik tetapi menampilkan hubungan keanggotaan yang tidak standar. Ini termasuk teori himpunan kasar dan teori himpunan fuzzy, di mana nilai rumus atom yang mewujudkan hubungan keanggotaan tidak sederhana Benar atau Salah. Model bernilai Boolean dari ZFC adalah subjek terkait.

Pengayaan ZFC yang disebut teori himpunan internal telah diusulkan oleh Edward Nelson pada tahun 1977.

Lihat pula

• Glosarium teori himpunan
• Kelas (teori himpunan)
• Daftar topik teori himpunan
• Model relasional-meminjam dari teori himpunan

Bacaan lebih lanjut

• Devlin, Keith (1993), The Joy of Sets (edisi ke-2nd), Springer Verlag, ISBN 0-387-94094-4 
• Ferreirós, Jose (2007), Labirin Pemikiran: Sejarah teori himpunan dan perannya dalam matematika modern, Basel: Birkhäuser, ISBN 978-3-7643-8349-7 
• Johnson, Philip (1972), Sejarah Teori Himpunan, Prindle, Weber & Schmidt, ISBN 0-87150-154-6 
• Kunen, Kenneth (1980), Teori Himpunan: Pengantar Bukti Kemerdekaan, North-Holland, ISBN 0-444-85401-0 
• Potter, Michael (2004), Teori Himpunan dan Filsafatnya: Pengantar Kritikal, Oxford University Press 
• Tiles, Mary (2004), Filsafat Teori Himpunan: Pengantar Historis ke Surga Penyanyi, Dover Publications, ISBN 978-0-486-43520-6 
• Smullyan, Raymond M.; Fitting, Melvin (2010), Teori Himpunan Dan Masalah Kontinum, Dover Publications, ISBN 978-0-486-47484-7 
• Monk, J. Donald (1969), Pengantar Teori Himpunan, McGraw-Hill Book Company, ISBN 978-0898740066 

Pranala luar

• Daniel Cunningham, Set Theory article in the Ensiklopedia Filsafat Internet.
• Jose Ferreiros, The Early Development of Set Theory artikel di [Stanford Encyclopedia of Philosophy].
• Foreman, Matthew, Akihiro Kanamori, eds. Handbook of Set Theory. 3 vols., 2010. Setiap bab mensurvei beberapa aspek penelitian kontemporer dalam teori himpunan. Tidak mencakup teori himpunan dasar yang mapan, di mana lihat Devlin (1993).
• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001) [1994], "Teori himpunan aksiomatik", Encyclopedia of Mathematics, Springer Science+Business Media B.V. / Kluwer Academic Publishers, ISBN 978-1-55608-010-4 
• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001) [1994], "Teori himpunan", Encyclopedia of Mathematics, Springer Science+Business Media B.V. / Kluwer Academic Publishers, ISBN 978-1-55608-010-4 
• Schoenflies, Arthur (1898). Mengenlehre di ensiklopedia Klein.
• Bahan Buku daring, dan perpustakaan di perpustakaan Anda dan perpustakaan lain tentang set theory
• Rudin, Walter B. (April 6, 1990). "Teori Himpunan: Keturunan Analisis". Marden Lecture in Mathematics. University of Wisconsin-Milwaukee – via YouTube.