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MATH1090

MATH1090:集合论

以严谨课程笔记方式整理的逻辑、集合、数系构造、实数、极限、基数与第一批代数结构笔记,按相互关联的小节撰写,重视证明与例子。

你可以用侧栏逐章前进,或直接从下方进入某一节笔记。

7 章节
每一节都可以直接在页面阅读,也可以在需要离线复习时导出成静态版本。

章节 1

逻辑

处理陈述、连接词与量词的推理工具。

1.1嵌入式互动

1.1 命题逻辑

学习数学家如何处理陈述、连接词与推理有效性。

1.2嵌入式互动

1.2 真值表与逻辑等价

建立真值表,并用它检查等价式、重言式与矛盾式。

1.3嵌入式互动

1.3 量词与否定

细心翻译量词,并在不改变意思的前提下做否定。

章节 2

集合与关系

基本的集合语言、函数与关系。

2.1嵌入式互动

2.1 集合与集合运算

通过具体例子理解属于、子集,以及主要的集合运算。

2.2嵌入式互动

2.2 函数与关系

把集合连到函数与关系,并有信心解读单射、满射及关系语言。

章节 3

由构造得到的数系

自然数、整数与有理数如何构造,以及 Q 还欠缺什么。

3.1

3.1 自然数与 Peano 公理

从 Peano 观点认识自然数,并理解后继运算真正代表什么。

3.2嵌入式互动

3.2 归纳法与递归算术

把归纳法当作证明模式,并能读懂 + 和 · 的递归公式而不丢失基本情况。

3.3

3.3 由等价类构造整数

用自然数对的等价类构造整数,并把每个等价类读成一个有符号数。

3.4

3.4 有理数与良定运算

把有理数定义成等价类,并检查常用公式不会依赖你选哪个代表元。

3.5

3.5 Q 的缺口与 sqrt(2)

透过无理数 sqrt(2) 与其下方的有理数集合,看见 Q 为什么仍然有缺口。

章节 4

序与完备性

全序、上下界、上确界与下确界,以及 Q 与 R 的完备性差异。

4.1

4.1 全序与有序域

先把全序与偏序分开,再理解 Z 与 Q 的熟悉次序如何与域运算配合。

4.2

4.2 上下界、上确界与下确界

分清最大值、最小值与上界、下界,再理解上确界与下确界如何提供真正需要的极值语言。

4.3

4.3 完备性与 Q 的缺口

精确定义完备性,并用 `sqrt(2)` 下方那个有理数集合看出 Q 仍然有真正的缺口。

4.4

4.4 实数公理与第一次近似构造

把实数视为目标中的完备有序域,然后用小数近似建立第一次构造的动机。

4.5嵌入式互动

4.5 Dedekind cut 与 Q 的嵌入

把实数定义成 Q 的左右分割,理解有理 cut 为何能忠实嵌入 Q,并看清序与运算如何在 cut 上重建。

4.6嵌入式互动

4.6 小数展开与无理数

把无限小数的直觉转成 cut,并用 sqrt(2) 看清无理数如何住在完成后的数系里。

章节 5

序列与最初的极限理论

序列、Cauchy 收敛,以及函数极限的第一轮 delta-epsilon 处理。

5.1嵌入式互动

5.1 序列与 epsilon-N 极限

把序列视作定义在 N 上的函数,再透过具体例子学会 epsilon-N 的收敛定义。

5.2

5.2 Cauchy 序列与另一个实数模型

理解 Cauchy 序列如何抓住内部收敛,再勾勒有理 Cauchy 序列的等价类如何给出另一个 R 的模型。

5.3嵌入式互动

5.3 Delta-epsilon 极限、极限定律与连续性

由序列极限走向函数极限,学会 delta-epsilon 定义,并整理第一套判别不存在、极限定律与连续性的工具。

章节 6

大型集合

基数、可数性、Cantor 定理、选择原则、区间、Cantor set、稠密性与良序。

6.1嵌入式互动

6.1 基数、可数性与基数不等式

用双射、单射与明确的可数枚举比较有限与无限集合大小。

6.2嵌入式互动

6.2 Cantor 定理、连续统与选择公理

用 Cantor 定理证明幂集严格更大,再把 continuum hypothesis 与选择公理放入脉络。

6.3嵌入式互动

6.3 区间、Cantor set、稠密性与良序

研究区间、Cantor set、稠密性与良序,分清不同的大小与次序概念。

章节 7

带结构的集合

二元运算,以及建立在集合之上的第一批代数结构。

7.1嵌入式互动

7.1 二元运算、monoid 与 group

由纯集合走向二元运算,再用代数公理分清 monoid 与 group。