小学数学里的自然数,基数和序数分别是什么定义?如何区分?

小学数学里的自然数,基数和序数分别是什么定义?如何区分?

只考虑有限集合的话,三者可以说没区别。有限基数和序数就是自然数。

序数是良序集合的长度。自然数(平常按顺序数数)也是清点良序集合长度的过程,所以自然数都是序数。

基数描述一个集合元素的数量,不考虑按什么顺序清点。但对有限集合来说,无论你按什么顺序数,数出来的结果都一样,对应唯一的序数。比如20个苹果,你怎么翻过来倒过去数,结果都是数到20。所以对有限集合,基数和序数只是纠结一个概念的不同,其实区不区分都无所谓,本质上都是自然数。

但是对无限集合来说,基数和序数完全不同,是必须区分的。比如自然数有多少个?无论多么巨大的自然数,都不足以回答这个问题,因为永远还可以+1。所以小学老师无奈的告诉我们,自然数有无数个。但"无数"是个迷迷糊糊的说法,让人很不满意,我还是不知道到底多少个嘛?于是,现代集合论添加了一条"无穷公理",内容很简单,全体自然数N构成一个集合。于是N是一个已经完成,可以讨论的"实无穷"整体,而不再是永远无尽的生长中,永远无法完成的"潜无穷"。于是我们根据公理宣告N的序型本身也是一个序数,记为ω。这里ω就是第一个无限序数,也是N的长度。基数版本中,我们用阿列夫数表示,自然数的个数一般记为χ0(阿列夫0),这也是第一个无限基数。

注意基数和序数的不同在这里体现出来了。

A.1.2.3.....;0

B.1.3.5.....;0.2.4.6.....

看看这2个序列。A的长度比N还长了1(无限序列之后还多了一个0),我们记为序数ω+1。B的长度有2个N那么长,我们记为ω*2。但显然A和B仍然是N的元素,只是换了不同顺序去数而已。所以A和B两个集合和N一样,也都应该是χ0个元素。也就是说,ω,ω+1,ω*2这些不同的序数,对应的基数都是χ0。这就是无限集合上基数和序数的根本区别。

不过从集合论角度来说,为了统一用集合来讨论,无限基数一般也是根据序数定义的。有很多序数都对应χ0,一般是找其中最小的一个来代表基数χ0,即χ0=ω。但无限基数和序数毕竟是有根本区别的。