第八章 《数学原理》:数学方面
就是一个组,包含若干项,这些项有一个次序,这个次序来源于一种关系,这种关系具有三种性质:(a)这种关系一定是不对称的,那就是说,如果x对y有这种关系,y对x就没有这种关系;(b)它一定是及物的,那就是说,如果x对y有这种关系,并且y对z有这种关系,x对z就有这种关系;(c)它一定是连接的,那就是说,如果x和y是这种关系领域中的任何不同的两项,那么,不是x对于y有这种关系,就是y对于x有这种关系。如果一种关系具备了这三种性质,它就把它领域中的各项排列在一个系列中。
所有这些性质都很容易用人与人关系的例子来说明。?丈?夫这种关系是不对称的,因为如果A是B的丈夫,B就不是A的丈夫。相反,配偶就是对称的。祖先是及物的,因为A的一个祖先的一个祖先是A的一个祖先;但是?父?亲是不及物的。在一个系列关系所必具的三个性质之中,祖先具备两个,不具备第三个,“连接”,那个性质,因为,并不是任何两个人之中,一个一定是另一个的祖先。另外一方面,举例来说,如果我们看一看一个皇室的王位继承,儿子总是继承父亲,仅限于这个王系的祖先关系是连接的,所以这些国王形成一个系列。
上面这三种关系是逻辑和普通数学之间过渡的极为重要的关系。
现在我想进而把几种发展的大意说一说,以上所讲的逻辑上的那一套对于这些发展是很有用的。但是在讲之前,我先说几句概括的话。
在我年轻的时候,人家告诉我说,数学是关于数目和量的科学,另一种说法是,数学是关于数目和度量的科学。这一个定义失之过于狭隘。第一:在传统的数学里所讲的那些很多不同种类的数目只占数学方法所应用到的那个范围的一小部分,并且,为建立算术的基础我们所不能不有的推理是和数目没有很密切的关系的。第二:在讲算术和算术的绪论的时候,我们不可忘记,有些定理对于有限的和无限的类或数来说都一样是真的。只要可能,我们不应该只为前者对于这些定理加以证明。说得更普通一些,如果在比较普遍的范围内我们可以证明一些定理,我们认为,在特殊某类的实例中对于这些定理加以证明是一件耗费时间的事。第三:算术中的一些传统的形式定律,即,结合定律,(a+b)+c=a+(b+c)交互定律,a+b=b+a以及乘法上的一些类似的定律和分配定律a×(b+c)=(a×b)+(a×c)我们认为证实这些定律是我们的目的的一部分。初学数学的人只学了这些定律而无证明,要不然,如果有证明,他们是用数学归纳法,因此只对于有限数是有效的。加法和乘法上的普遍定义假定因数的数目是有限的。我们竭力想去掉包括以上所说那一种在内的一些限制。
用所谓“选择”的方法,我们可以把乘法扩展到无限多的因数。用选举议会的议员这个例子最容易使我们明白选择这个概念是什么。假定在该国家里每一个选举出来的议员必须是选民中的一员,整个议会就是自选民而来的一个所谓“选择”。大意是这样:如果有一个由若干类而成的类,那若干类中没有一个是零,选择就是一种关系,从每类中挑出一个项来做那类的“代表”。这样做法的数目(假定没有一项为两类所共有)就是这些类的数目的积数。举例来说,假定我们有三个类,第一个是由x1,x2,x3而成,第二个由y1,y2,y3而成,第三个由z1,z2,z3而成,凡是包含一个x,一个y和一个z的类就是自三类的类而来的一个选择。无论哪一个读者都不难弄明白有二十七种办法来做这种选择。
在我们采用了这种乘法的定义之后,我们遇到了一种没有想到的困难。如果类的数目是无限的,好象我们就无法确知选择是可能的。如果这些类的数目是有限的,我们可以从每一类里任意挑出一