1から始める数学

数字の1を定義するところから始めて現代数学を築きます。ブログの先頭に戻りたいときは、表題のロゴをクリックして下さい。

0から始める数学(その10)

 現在2022年4月23日20時22分である。(この投稿は、ほぼ2820文字)

麻友「前回の、集合としての整数というのは、いきなり定義が多過ぎて、全部は、分からなかったわ」

私「それは、当然だね。大学の数学科へ行くと、毎授業、毎授業、新しいことの定義の嵐だよ」

若菜「見てる方、分かるのですか?」

私「予習してきている人と、才能のある人以外、脱落していく」

麻友「脱落ということでは、中学や高校でも、数学で脱落していった人は、大勢いたわね」

私「前回の定義を、問題を解くのに使って、腕に馴染ませてみない?」

結弦「問題?」

私「これだよ」

『AKB48中学数学』

若菜「あっ、これも解いてあるんですか?」

私「いや、まだ手付かずだった。でも、『AKB48小学算数』を、麻友さん達の前でやったら、結構良い感触が得られたので、こっちも解き始めた」

麻友「やったねシール、貼ってるの?」

私「あれ、小学校のにしかないんだ」

麻友「そっか。シールのために、頑張っているんじゃないんだ」

私「実物を見たい人も、いるかも知れないから、写真撮った」

麻友「出だしから、間違えているじゃない」

私「お恥ずかしい。『次の数を,正の符号,負の符号をつけて表しましょう。』という問題文を読まずに、適当に解いたから、符号のプラスを付け忘れた」

若菜「京都大学理学部数学科でも、この程度か」

私「まあ、気を取り直して、問題を見る。大きい小さいは、不等号『<』で、表すけど、実は、私達は、あの宝塚の自然数の場合でしか、定義してない」

麻友「何その宝塚の自然数って?」

私「あの自然数作るとき、{1} を作るのに、宝塚の組名を、使ったじゃない。その後、それを使って、不等号は、>か、=か、<の、ひとつ、そして、ひとつのみ成り立つということを、証明した。それから、遂にその自然数を使って、{0} を定義し、{1} からでも、{0} を、作れることを知った。そして、その自然数に慣れてから、改めて、新しい自然数を、


 定義 49 自然数

 自然数とは、以下の様に集合で表されるものと、定める。

{0=\emptyset}

{1=\{0\}=\{\emptyset\}}

{2=\{0,1\}}

{3=\{0,1,2\}}

{4=\{0,1,2,3\}}

{5=\{0,1,2,3,4\}=\{0,1,2,3\}\cup\{4\}}

{~~~~~~\vdots~~~~~}

{n+1 =\{0,1,2,\cdots ,n-1,n\}=n \cup \{n\}}

 定義 49 終わり


と、定義し直したんだ。今度の自然数は、{0} を含むが、以前の自然数は、{0} を、含まなかった。だから、区別するために、以前の自然数は、宝塚の自然数と呼ぼう」


 定義 50 宝塚の自然数

 このブログの『1の定義』という投稿、またはそのもとになった、ドラえもんのブログの『1から始める数学(その7)』という投稿で、提案した、自然数は、もう役を終えているが、ときとして、自然数を振り返るとき、『宝塚の自然数』と、呼ぶこととする。

 定義 50 終わり


麻友「ちょっと、聞きたいんだけど、


 定義 43 等号

 以下の2つの集合論の公理を満たす記号『{=}』を、等号と呼び、{A=B} のとき、{A}{B} は、集合として等しいという。


 公理 44 外延性公理(がいえんせいこうり)

{A=B} とは、{A} の中身と、{B} の中身が、等しいことである。


 公理 45 等号公理(とうごうこうり)

{A=B} で、{A} が、{C} の中身のひとつならば、{B} も、{C} の中身になっている。


 定義 43 終わり


と、新しく、等号を定義したじゃない。どうして公理が、2つも必要だったの?」

若菜「それは、私も、疑問に思いました」

私「きっとね、試してみれば、良いんだよ。まず、今、新しい方の自然数で、{4=\{0,1,2,3\}} を、考えよう。今、{A} という集合を、{\{0,1,2,3\}} というものと、定義しよう。つまり、{A=\{0,1,2,3\}} と、いうことだ。このとき、見てみれば分かるように、{4} と、{A} は、中身が同じだ。だから、{4=A} だ。ところで、この二者は、イコールで、結べたというだけでなく、本当に同じものであって欲しい。どういうとき、問題になるかというと、{5=\{0,1,2,3,4\}} だから、{4} は、{5} に、含まれている。ところで、このときもし、{A} が、{5} に含まれないことが分かったら、{4} と、{A} は、本当には、同じものではなかったのだと、言うことに、なってしまう。この問題を回避するために、等号公理というもので、例外が起こらないようにしているんだ」

結弦「でもそれでは、等号の性質を、書き取ったというより、お父さんが、等号というものに、こういう性質を持てと、強要したみたいじゃない」

私「そういうことなんだよ。数学というのは、自分で、こう築き上げようと、自分の美的センスで、作っていくものなんだ」

若菜「そういう哲学みたいなものがないと、数学を楽しめないんですね。試験で良い点数取るために、勉強しているのは、もったいないですね」

私「今日は、遅くなっちゃった。途中だけど、投稿するよ」

若菜・結弦「おやすみなさーい」

麻友「おやすみ」

私「おやすみ」

 現在2022年4月23日22時33分である。おしまい。