Autor Tema: Los números naturales

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03 Abril, 2009, 01:15 pm
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Jabato

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Siendo estudiante me enseñaron que los números naturales eran las clases de equivalencia de los conjuntos biyectivos entre sí. Posteriormente aprendí otras definiciones posibles, tales como los axiomas de Peano, y otras como por ejemplo la definición que establece que cada numero natural es un conjunto cuyos elementos son precisamente los numeros naturales menores que él, lo que nos conduce a una definición recurrente que depende siempre de cual sea el primer elemento que consideremos. Pensaréis que soy quizás algo prehistórico al decir que pienso que la primera de las tres es la más ajustada a lo que en realidad son los dichosos números, lo que no descalifica a las otras dos, por supuesto, pero ocurre que desde mi punto de vista la primera es una definición fija que nos conduce siempre al mismo conjunto y las otras dos sin embargo pueden particularizarse a múltiples variantes, de forma que todas ellas conducen a conjuntos con estructuras isomorfas, pero conceptualmente distintos. Pueden citarse tantos ejemplos como queráis, aunque los obvio por ser sobradamente conocidos.

El hecho de que sea posible realizar todas estas variaciones, y otras muchas que no comento, para definir los números naturales tiene distintas consecuencias, siendo la principal la que da como resultado el que nadie sepa con exactitud que cosa son esos números. Sin embargo estoy seguro que debe haber una estructura lógica única que sea la verdadera, la única, la que establezca de forma univoca e inconfundible que cosa son los citados números, y que a primera vista diría que no debe coincidir con ninguna de las tres citadas, ó si acaso puede identificarse con alguna, yo entiendo que sería en todo caso la primera, y no las otras dos que permiten establecer distintos conjuntos todos ellos representativos de los citado números, pero que claramente no son el conjunto el conjunto de los números naturales, sin embargo la primera estructura es única e inconfundible.

¿Donde falla mi razonamiento? ó ¿estoy en lo cierto?

Saludos, Jabato. ;D

03 Abril, 2009, 01:54 pm
Respuesta #1

Fernando Revilla

  • "Há tantos burros mandando em homens de inteligência, que, às vezes, fico pensando que a burrice é uma ciência." -Antonio Aleixo.
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Pensaréis que soy quizás algo prehistórico al decir que pienso que la primera de las tres es la más ajustada a lo que en realiada son los dichosos números,

De entre las posibles interpretaciones plausibles, también me identifico de forma más "natural" con la primera.

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Sin embargo estoy seguro que debe haber una estructura lógica única que sea la verdadera, la única, la que establezca de forma univoca e inconfundible que cosa son los citados números,

Ese fue el intento de Peano.

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y que a primera vista diría que no debe coincidir con ninguna de las tres citadas, ó si acaso puede identificarse con alguna, yo entiendo que sería en todo caso la primera, y no las otras dos que permiten establecer distintos conjuntos todos ellos representativos de los citado números, pero que claramente no son el conjunto el conjunto de los números naturales, sin embargo la primera estructura es única e inconfundible.

Las tres que has dado son interpretaciones igualmente válidas de la aritmética de primer orden.

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¿Donde falla mi razonamiento? ó ¿estoy en lo cierto?

No veo que falle en nada. Sencillamente la interpretación que tú das te parece la más natural, y eso es cuestión de percepción, no de argumentación. Los números naturales, son un misterio ad eternum.

Saludos.

05 Abril, 2009, 12:25 am
Respuesta #2

Jabato

  • Visitante
Hombre, quizás afirmar eso último sea un poco fuerte, ¿no te parece? Podemos decir que bastaría con elegir la primera opción, la que los define como clase de equivalencia y basar toda la aritmética en esa definición para que dejaran de serlo, no veo contradicción en hacerlo así, y desconozco el porqué de las otras definiciones, para mi la primera sería suficiente, ahora la pregunta es ¿porqué se produjeron las otras?, ¿donde está el fallo de ésta?

A ver si me explico, si establecemos, hipotéticamente, que los números naturales quedan establecidos como clases de equivalencia de los conjuntos biyectivos resulta que incluso esa definición sirve hasta para definir los números transfinitos de Cantor. Las otras definiciones solo establecerían conjuntos isomorfos a N, pero no el propio conjunto. ¿Esta hipotesis lleva a alguna contradicción? Segun la opinión de Phidias y la mia parece que no. Entonces ¿donde esta el problema en hacerlo asi? ¿Porqué los matemáticos se resisten a establecer esta definición como la única valida para definir los números naturales?

Saludos, Jabato. ;D

05 Abril, 2009, 10:59 am
Respuesta #3

Fernando Revilla

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Hombre, quizás afirmar eso último sea un poco fuerte, ¿no te parece?

No, no me lo parece.

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Podemos decir que bastaría con elegir la primera opción, la que los define como clase de equivalencia y basar toda la aritmética en esa definición para que dejaran de serlo, no veo contradicción en hacerlo así, y desconozco el porqué de las otras definiciones, para mi la primera sería suficiente, ahora la pregunta es ¿porqué se produjeron las otras?, ¿donde está el fallo de ésta?

Es que no son otras definiciones, son otras interpretaciones. Precisamente la genialidad de Peano fue extraer de todo aquello que los mortales pueden interpretar como números naturales (i.e. reiteración con principio) aquello que "parece" que les es común. El esqueleto lógico.

Citar
Las otras definiciones solo establecerían conjuntos isomorfos a N, pero no el propio conjunto.

Precisamente por ser isomorfos tienen todo el derecho a ser números naturales. Aparte de que un conjunto sea de peras y otro de manzanas, si se establece un isomorfismo, ¿qué diferencia algebraica hay entre peras y manzanas?.

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¿Esta hipotesis lleva a alguna contradicción?

En prinipio a ninguna.

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Segun la opinión de Phidias y la mia parece que no.

La opinión se refería a percepción no a argumentación. 

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Entonces ¿donde esta el problema en hacerlo asi? ¿Porqué los matemáticos se resisten a establecer esta definición como la única valida para definir los números naturales?

Es el asunto que ya comentamos, si aceptamos que los axiomas de Peano captan toda la esencia de lo que queremos que sean lógicamente los números naturales, esa sería la definición única y válida. El asunto de la biyectividad, peras y manzanas serían adornos.

Saludos.

05 Abril, 2009, 11:38 am
Respuesta #4

Jabato

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Pues quizás discrepamos en el último punto. Para mi es la clase de equivalencia la que representa la esencia, ya lo indiqué en un principio. Los axiomas de Peano no conducen a un único conjunto, existen muchos conjuntos que satisfacen dichos axiomas, y sin embargo la definición de los naturales como clases de equivalencia solo conduce a un único conjunto, que debe identificarse por lo tanto con N. Ese es posiblemente el único argumento en favor de esa definición, pero es un muy buen argumento.

Saludos, Jabato. ;D

09 Noviembre, 2009, 06:30 pm
Respuesta #5

argentinator

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Supongamos que definimos la clase de equivalencia del número 7.
Eso quiere decir, la clase de todos aquellos conjuntos biyectivos entre sí, y que, "intuitivamente" tienen 7 elementos.
¿Esa clase es vacía?
Si fuera vacía, no existiría la clase del 7, y según tu definición, no existiría el número natural 7.

Pero bueno.
Vamos a suponer que existen conjuntos (que los hay) de todos los cardinales n finitos ...

Un conjunto se dice finito si es imposible biyectarlo con una parte propia.
Lo defino así para evitar referirme a la noción de "finito" como "biyectivo con un segmento inicial de naturales", porque resulta que los naturales aún los estamos definiendo...
Así que no los tenemos, y por eso uso esa otra definición abstracta.

Dado un conjunto finito F denoto [F] a la clase de todos los conjuntos biyectivos con F.
Eso determinaría, para cada cardinal finito posible, una clase que contiene a todos los conjuntos con un mismo cardinal finito.

En efecto es posible decir que cada una de estas clases "sería" un número natural.
Pero esta definición no permite formar el conjunto N de los números naturales.
Supongamos la clase del cardinal "1", o sea 1 = [{x}], para algún x.
Tendría que ocurrir que 1 es un elemento del conjunto N.
Pero eso no es posible, porque si 1 perteneciera a N, entonces 1 sería un "conjunto".

Recordemos que en teoría de conjuntos tenemos clases que son conjuntos, y otras que no, que se llaman clases propias.
La clase "1" no puede ser un conjunto, es una clase propia.
En efecto, la aplicación f({u}) = u, para todo conjunto u, define una aplicación biyectiva con dominio "1" e imagen la clase universal U, que no es un conjunto, como sabemos.
Pero los axiomas de la teoría de conjuntos nos dicen que una aplicación como esa sólo es posible si el dominio tampoco es un conjunto.

Esa es una contradicción que veo yo en el uso de clases.

Así que lo que habría que hacer es usar representantes de esas clases, para poder formar un conjunto N de números naturales.
Pero estos representantes ya serían lo bastante arbitrarios como para perder la "sensación" de unicidad del concepto de número natural.

Además, hay otra cuestión, y es que los números naturales no son sólo cardinales.
También son ordinales, y entonces identificar a los naturales con cardinales haría que se pierda la oportunidad de estudiar los números transfinitos desdel el punto de vista ordinal, que es un campo mucho más amplio que el de los cardinales.

Así que ahí hay otra ambigüedad en los naturales: cardinal/ordinal. Para ellos es lo mismo, pero al generalizar a transfinitos, la cosa se bifurca.

A mí lo que me parece es que, en vez de buscar establecer "por decreto" la definición que a uno más le gusta, lo conveniente es estudiar a fondo todas las propiedades de los números naturales, para ver por qué aprendemos de ellos.

Cuando te estás refiriendo a "los matemáticos", quizá te refieras a algunos, aquellos que meditan sobre el concepto de número.
Hay muchos matemáticos que trabajan con los números como si fueran una sola cosa ya dada. Una secuencia que se comporta como uno espera.

Pero cuando uno se pone a estudiar en serio este tema, es necesario abordarlo con honestidad intelectual. Preferir una definición a otra, es cosa muy arbitraria.
La matemática no funciona así.
En cambio, darse cuenta que hay una estructura estable y común a muchos sistemas diferentes, eso sí que aporta claridad conceptual.

Los Axiomas de Peano son muy fuertes. Ellos permite "construir" la suma, el producto y el orden de N, prácticamente de la nada, gracias a un Teorema de Recurrencia, que anda por ahí...



09 Noviembre, 2009, 08:15 pm
Respuesta #6

Jabato

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Recordemos que en teoría de conjuntos tenemos clases que son conjuntos, y otras que no, que se llaman clases propias.
La clase "1" no puede ser un conjunto, es una clase propia.


Creo que estas confundiendo las clases de equivalencia con las clases propiasde una de las teorías axiomáticas de conjuntos. Cuando yo hablo de clases hablo de clases de equivalencia, y en ese caso si puede ocurrir que exista el conjunto de las clases de equivalencia ente los conjuntos finitos biyectivos.

Es muy facil, en la familia de todos los conjuntos finitos solo tengo que establecer una relación de equivalencia entre ellos:

\( A\equiv{}B \) si y solo si A es biyectivo con B

que efectivamente es relación de equivalencia porque satisface las propiedades simérica, reflexiva y transitiva. Cada clase es representativa de un número natural, y el conjunto de todas las clases de equivalencia representa el conjunto de los números naturales a la perfección. Demostrar que no existen clases vacías creo que es un juego de niños, ¿no te parece?, ¿recuerdas el axioma de infinitud?

¿Donde está el problema?

A lo mejor es posible demostrar que dicho conjunto satisface los axiomas de Peano, bueno creo que no será necesario, los cumple, y entonces podrías argumentar que este conjunto solo sería un ejemplo más de todos los que los satisfacen. Bien, no tengo argumentos para rebatirte eso, pero este conjunto de los números naturales definido en esa forma es único, se basa solo en los axiomas de la teoría de conjuntos y es representativo de los números naturales, no hacen falta más axiomas que los propios de la T.C. y esa es la única ventaja que yo considero decisiva para decantarme por esta definición, porque sencillamente no hay que inventarse nuevos axiomas, con los de la T.C. es suficiente, es decir, el conjunto de los números naturales ya aparece incluido en la T.C., no hay que inventárselo con nuevos axiomas.

¿Hace falta que te explique como se define en este conjunto la suma, el producto y la potencia de números naturales? Espero que no.

Y ademas presenta otra ventaja añadida y es que sirve en análoga forma para definir los número transfinitos, basta aplicar la definición a la familia de los conjuntos infinitos.

Saludos, Jabato. ;D

09 Noviembre, 2009, 10:27 pm
Respuesta #7

argentinator

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Creo que estas confundiendo las clases de equivalencia con las clases propiasde una de las teorías axiomáticas de conjuntos. Cuando yo hablo de clases hablo de clases de equivalencia, y en ese caso si puede ocurrir que exista el conjunto de las clases de equivalencia ente los conjuntos finitos biyectivos.

No me estoy confundiendo nada.

Sin ir demasiado lejos, ¿cuál es la clase de equivalencia que define el número 1?

Esa clase contiene todos los conjuntos, de la teoría de conjuntos, que tienen cardinal 1.
O sea, todos los conjuntos que tienen 1 solo elemento.
En principio uno no sabría decir si esa "clase de equivalencia" es o no un conjunto.
Si lo fuera, la aplicación \( f:1\to U \) que a cada conjunto {x} de 1 solo elemento le asigna el elemento x que contiene... tendría que tener dominio e imagen como conjuntos.
Pero resulta que la imagen de f es todo el Universo U.
Eso implica que el dominio de f, que es la "clase de equivalencia denotada con 1" no es un conjunto.

Te he demostrado que esa clase de equivalencia que mencionas no es un conjunto.

Como sólo estás tomando familias de conjuntos finitos, pareciera que no hay peligro en los objetos que uno construye, pero no es así.
Para cualquier objeto x del universo U, puedo formarme el conjunto {x}, el cual es finito, tiene 1 solo elemento, y está en la clase de equivalencia de los conjuntos con 1 solo elemento.
Esa clase de equivalencia es, digamos, "biyectiva" con el universo.
Una clase así no puede ser un conjunto.

A pesar de que sólo te quedas con conjuntos finitos, la familia de tales conjuntos es una clase propia, es muy grande para ser conjunto.
Y lo mismo pasa con cada una de las clases de equivalencia.

09 Noviembre, 2009, 10:28 pm
Respuesta #8

argentinator

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Y ademas presenta otra ventaja añadida y es que sirve en análoga forma para definir los número transfinitos, basta aplicar la definición a la familia de los conjuntos infinitos.

¿Cuáles números transfinitos, los cardinales o los ordinales?

09 Noviembre, 2009, 10:37 pm
Respuesta #9

Jabato

  • Visitante
Es que yo no he dicho que la clase de equivalencia del 1 ( ó la que prefieras) sea un conjunto, ni necesito que lo sea. No sé si es que no entiendes mis argumentos ó no te entiendo yo a ti. Las clases de equivalencia existen (cada una de ellas existe) y todas ellas forman un conjunto que yo identifico con el conjunto de los números naturales, N.

Pues creo que son los cardinales. Me refiero a que creo que es posible definir una relación de equivalencia entre todos los conjuntos infinitos biyectivos, de forma que cada clase de equivalencia hace referencia a un número transfinito, y que por lo tanto hace referencia a los números transfinitos de Cantor, que creo que son cardinales transfinitos, no ordinales.

Saludos, Jabato. ;D