替换公理模式

断言集合在映射下的象是集合的公理
替换公理模式(英文:axiom schema of replacement),亦称替换公理、置换公理。它指出:对于任何集合X与任何公式A(u,v)确定的映射f,映射的象f(X)是一个确定的集合。由于公式有无穷多个,每个公式都确定一条公理,因此,替换公理实质上是一个公理模式。[1]
19世纪70年代,德国数学家康托尔(Cantor)发表了有关集合元素等概念的一系列论文,奠定了集合论的理论基础,但是也有一些缺陷,这些缺陷推动了公理集合论的诞生。[6][7]1908年,策梅洛(Zermelo)为集合论建立了第一个比较完整的公理系统,但仍存在一些需修正的问题。1917年,日内瓦的米里马诺夫(Mirimanov)研究了无穷递降的序列,并提出了替换公理的雏形。后来,弗兰克尔(Fraenkel)和斯科伦(Skolem)在该系统的基础上,于1922年前后提出替换公理模式。基于弗兰克尔、斯科伦等人的工作,策梅洛于1930年将替换公理模式及基础公理加入系统,形成了应用较为广泛的ZF公理系统。[2][3][4]
替换公理模式具有多种等价形式,如若
是一个映射,则对任何集合
,
是一个集合等。[1]应用该公理模式,可以推导得出良序集相关的定理,从而帮助定义序型的概念。[5][8]ZF公理系统还包括一些其他公理,它们不是孤立存在的,其中,替换公理模式可以直接推出子集公理与空集公理,与幂集公理相结合可推出对集公理。此外,其他公理系统也存在替换公理模式,如ZB公理系统中,模糊替换公理模式可看成是替换两次的公理。[1][9]

定义

替换公理模式断言:对于给定公式
,并且对任意
,都有唯一的
,使得
成立。那么,对任意集合
,集合
存在,该公理形式化可表示为:
[10]