Tratado de análisis — Capítulo 0: Fundamento lógico y conjuntista

Fundamento lógico y conjuntista del Tratado de análisis: conjuntos, relaciones, cocientes, funciones y órdenes construidos antes de los sistemas numéricos.
Autor/a

Gustav A. Tachek

Fecha de última modificación

19 de septiembre de 2026

Capítulo 0 — Fundamento lógico y conjuntista

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Parte I — Fundamentos y construcción de los reales


0.0. Propósito y posición deductiva

Este capítulo fija el lenguaje conjuntista que se utilizará en todo el tratado. No pretende desarrollar metamatemática ni teoría axiomática de conjuntos por sí mismas; su función es construir, a partir del contrato fundacional de la obra, el aparato mínimo con el cual podrá comenzar en el capítulo siguiente la construcción de los números naturales.

La regla de lectura será estricta:

Todo símbolo matemático interno del tratado aparece por primera vez en una definición, convención o notación identificable; toda afirmación matemática que no pertenezca al fundamento lógico-conjuntista admitido se demuestra antes de utilizarse.

La cadena principal de este capítulo es:

\[ \text{conjuntos} \longrightarrow \text{inclusión y operaciones} \longrightarrow \text{pares ordenados} \longrightarrow \text{productos cartesianos} \longrightarrow \text{relaciones} \longrightarrow \text{equivalencias y cocientes} \longrightarrow \text{funciones} \longrightarrow \text{órdenes}. \]

Ningún resultado de análisis es utilizado en este capítulo.


0.1. Lenguaje lógico y axiomas conjuntistas disponibles

Antes de construir objetos matemáticos conviene precisar qué parte de la maquinaria se admite y qué parte deberá demostrarse. La distinción es esencial en un tratado que pretende construir los sistemas numéricos desde fundamentos explícitos: si una propiedad se apoya en un axioma de ZF, queremos poder decir cuál; si se obtiene de definiciones anteriores, queremos verla aparecer como resultado interno.

Esta sección no pretende convertir el tratado en un curso de lógica o teoría de conjuntos. Su función es más austera: fijar el suelo sobre el que caminaremos. A partir de ese suelo, las construcciones posteriores deberán justificarse dentro del propio desarrollo.

Convención 0.1.1 — Metanivel y nivel objeto

Glosario: metanivel · nivel objeto

Distinguiremos permanentemente:

  1. el metanivel, en el que hablamos de fórmulas, demostraciones, variables, definiciones y dependencias;
  2. el nivel objeto, en el que las variables recorren conjuntos.

Los numerales usados para numerar capítulos, secciones o resultados pertenecen al metanivel editorial hasta que los números naturales hayan sido construidos.


Convención 0.1.2 — Lógica ambiente

Glosario: lógica clásica

Se trabaja en lógica clásica de primer orden con igualdad. Se permiten, entre otros, modus ponens, introducción y eliminación usual de cuantificadores, sustitución de iguales, contrapositiva, reducción al absurdo y tercero excluido.

La igualdad = es lógica y primitiva. La pertenencia \(\in\) es el único símbolo no lógico primitivo del lenguaje conjuntista.

No registraremos como resultados del tratado las tautologías puramente lógicas.


0.1.1. Inventario axiomático

Glosario: ZF

Los axiomas siguientes son fundamento admitido, no teoremas del tratado. Se los reproduce aquí para que las dependencias de las construcciones posteriores sean visibles.

Extensionalidad

Glosario: extensionalidad

\[ \forall A\,\forall B\, \Bigl[ \forall x\,(x\in A\leftrightarrow x\in B) \;\Longrightarrow\; A=B \Bigr]. \]

Par

Para cualesquiera conjuntos \(a,b\) existe un conjunto \(P\) cuyos elementos son exactamente \(a\) y \(b\):

\[ \forall a\,\forall b\,\exists P\,\forall x \bigl(x\in P\leftrightarrow(x=a\lor x=b)\bigr). \]

Unión

Para todo conjunto \(A\) existe un conjunto \(U\) tal que

\[ x\in U \iff \exists B\,(B\in A\land x\in B). \]

Conjunto potencia

Para todo conjunto \(A\) existe un conjunto \(P\) tal que

\[ X\in P \iff \forall x\,(x\in X\rightarrow x\in A). \]

Esquema de separación

Dado un conjunto \(A\) y una fórmula \(\varphi(x)\), existe un conjunto \(B\) tal que

\[ x\in B \iff (x\in A\land\varphi(x)). \]

Esquema de reemplazo

Si una fórmula \(\varphi(x,y)\) determina para cada \(x\in A\) un único \(y\), entonces la colección de esos valores \(y\) es un conjunto.

Infinito

Usaremos en el capítulo 1 el axioma de infinito. Para evitar utilizar anticipadamente el símbolo \(\varnothing\), puede expresarse en una forma equivalente adecuada a este tratado:

\[ \exists I\Bigl[ \exists e\bigl(e\in I\land\forall z\,(z\notin e)\bigr) \land \forall x\Bigl( x\in I\rightarrow \exists y\bigl( y\in I\land \forall z\,(z\in y\leftrightarrow(z\in x\lor z=x)) \bigr) \Bigr) \Bigr]. \]

En este capítulo utilizaremos de este axioma únicamente su consecuencia inmediata de que existe al menos un conjunto.

Fundación

El axioma de fundación está disponible por pertenecer a ZF, pero ningún resultado de este capítulo dependerá de él.


Notación 0.1.3 — Separación restringida

Glosario: separación restringida

Cuando \(A\) es un conjunto y \(P(x)\) una propiedad, escribiremos

\[ \{x\in A:P(x)\} \]

para el subconjunto de \(A\) cuya existencia garantiza separación.

Esta notación no autoriza expresiones irrestrictas de la forma \(\{x:P(x)\}\) sin un conjunto ambiente previamente disponible.


0.2. Conjuntos, inclusión y operaciones

El lenguaje primitivo sólo nos da pertenencia e igualdad. Para trabajar matemáticamente necesitamos derivar de él formas estables de comparar y combinar conjuntos. La primera es la inclusión: en vez de preguntar por un elemento aislado, preguntamos si todo elemento de un conjunto pertenece a otro. De esa relación surgirán luego las operaciones usuales —unión, intersección, diferencia y conjunto potencia— y, con ellas, los conjuntos ambientes en los que podremos construir productos, relaciones y funciones.

Definición 0.2.1 — Subconjunto

Glosario: subconjunto

Sean \(A\) y \(B\) conjuntos. Definimos

\[ A\subseteq B \quad\Longleftrightarrow\quad \forall x\,(x\in A\rightarrow x\in B). \]

Si \(A\subseteq B\) y \(A\neq B\), escribiremos \(A\subsetneq B\).


Proposición 0.2.2 — Reflexividad de la inclusión

Para todo conjunto \(A\),

\[ A\subseteq A. \]

Demostración.
Sea \(x\in A\). Entonces \(x\in A\). Por la Definición 0.2.1, \(A\subseteq A\). ∎


Proposición 0.2.3 — Transitividad de la inclusión

Si \(A\subseteq B\) y \(B\subseteq C\), entonces \(A\subseteq C\).

Demostración.
Sea \(x\in A\). Como \(A\subseteq B\), tenemos \(x\in B\); como \(B\subseteq C\), tenemos \(x\in C\). Por la Definición 0.2.1, \(A\subseteq C\). ∎


Teorema 0.2.4 — Criterio extensional por doble inclusión

Para cualesquiera conjuntos \(A\) y \(B\),

\[ A=B \quad\Longleftrightarrow\quad (A\subseteq B\ \text{y}\ B\subseteq A). \]

Demostración.
Si \(A=B\), la reflexividad de la inclusión (Proposición 0.2.2) da \(A\subseteq B\) y \(B\subseteq A\).

Recíprocamente, supongamos \(A\subseteq B\) y \(B\subseteq A\). Entonces, para todo \(x\),

\[ x\in A\iff x\in B. \]

Por extensionalidad, \(A=B\). ∎


Proposición 0.2.5 — Existencia y unicidad del conjunto vacío

Existe un único conjunto que no tiene elementos.

Demostración.
Existencia. Del axioma de infinito se sigue que existe al menos un conjunto \(A\). Por separación existe

\[ E:=\{x\in A:x\neq x\}. \]

No existe \(x\in E\), pues \(x\neq x\) es falso por reflexividad de la igualdad.

Unicidad. Sean \(E\) y \(F\) conjuntos sin elementos. Para todo \(x\),

\[ x\in E\iff x\in F, \]

pues ambas proposiciones son falsas. Por extensionalidad, \(E=F\). ∎


Notación 0.2.6 — Conjunto vacío

Glosario: conjunto vacío

Denotaremos por

\[ \varnothing \]

el único conjunto sin elementos cuya existencia y unicidad fueron demostradas en la Proposición 0.2.5.


Proposición 0.2.7 — El vacío está contenido en todo conjunto

Para todo conjunto \(A\),

\[ \varnothing\subseteq A. \]

Demostración.
No existe \(x\in\varnothing\). Por tanto, la implicación \(x\in\varnothing\Rightarrow x\in A\) es verdadera para todo \(x\). Aplicando la Definición 0.2.1, \(\varnothing\subseteq A\). ∎


Notación 0.2.8 — Pares no ordenados y singletons

Glosario: par no ordenado · singleton

Por el axioma del par, para conjuntos \(a,b\) existe un único conjunto cuyos elementos son exactamente \(a\) y \(b\). Lo denotaremos

\[ \{a,b\}. \]

Definimos el singleton de \(a\) por

\[ \{a\}:=\{a,a\}. \]

La unicidad en ambos casos se sigue de extensionalidad.


Definición 0.2.9 — Unión binaria

Glosario: unión

Sean \(A,B\) conjuntos. Definimos

\[ A\cup B:=\bigcup\{A,B\}. \]

Por los axiomas del par y de unión, \(A\cup B\) existe como conjunto.


Definición 0.2.10 — Intersección binaria

Glosario: intersección

Sean \(A,B\) conjuntos. Definimos

\[ A\cap B:=\{x\in A:x\in B\}. \]


Definición 0.2.11 — Diferencia conjuntista

Glosario: diferencia conjuntista

Sean \(A,B\) conjuntos. Definimos

\[ A\setminus B:=\{x\in A:x\notin B\}. \]

La notación A-B queda reservada para contextos algebraicos y no se utilizará para diferencia de conjuntos.


Definición 0.2.12 — Conjunto potencia

Glosario: conjunto potencia

Para cada conjunto \(A\), el axioma del conjunto potencia garantiza un conjunto, que denotaremos

\[ \mathcal P(A), \]

caracterizado por

\[ X\in\mathcal P(A) \quad\Longleftrightarrow\quad X\subseteq A. \]


Proposición 0.2.13 — Leyes de pertenencia de las operaciones binarias

Para cualesquiera conjuntos \(A,B\) y cualquier \(x\),

\[ x\in A\cup B \iff (x\in A\lor x\in B), \]

\[ x\in A\cap B \iff (x\in A\land x\in B), \]

y

\[ x\in A\setminus B \iff (x\in A\land x\notin B). \]

Demostración.
La segunda y la tercera equivalencia son exactamente las condiciones definitorias de las Definiciones 0.2.10 y 0.2.11.

Para la primera,

\[ x\in\bigcup\{A,B\} \]

si y sólo si existe \(C\in\{A,B\}\) tal que \(x\in C\). Por la definición del par no ordenado, esto equivale a \(x\in A\) o \(x\in B\). ∎


Definición 0.2.14 — Conjuntos disjuntos

Glosario: conjuntos disjuntos

Dos conjuntos \(A\) y \(B\) son disjuntos si

\[ A\cap B=\varnothing. \]


0.3. Pares ordenados y productos cartesianos

Los conjuntos ordinarios no recuerdan posiciones: \(\{a,b\}=\{b,a\}\). Esa simetría es adecuada cuando sólo importa qué elementos están presentes, pero resulta insuficiente en cuanto queremos distinguir una primera y una segunda coordenada. Una relación entre \(a\) y \(b\), el valor de una función en un argumento o un punto de un producto cartesiano requieren precisamente esa distinción.

Por ello construiremos ahora, usando únicamente conjuntos ya disponibles, un objeto que codifique el orden de dos componentes. La prueba decisiva no será la definición misma, sino demostrar que dos pares ordenados son iguales exactamente cuando coinciden sus primeras componentes y coinciden sus segundas componentes.

Una vez obtenido ese criterio, podremos utilizar pares ordenados sin volver continuamente a su implementación conjuntista.

Definición 0.3.1 — Par ordenado de Kuratowski

Glosario: par ordenado · par de Kuratowski

Para conjuntos \(a,b\), definimos

\[ \boxed{ \langle a,b\rangle := \bigl\{\{a\},\{a,b\}\bigr\}. } \]


Lema 0.3.2 — Igualdad de singletons

Para cualesquiera conjuntos \(a,c\),

\[ \{a\}=\{c\} \quad\Longleftrightarrow\quad a=c. \]

Demostración.
Si \(a=c\), los singletons son iguales por sustitución.

Recíprocamente, si \(\{a\}=\{c\}\), entonces \(a\in\{a\}=\{c\}\), de modo que \(a=c\). ∎


Lema 0.3.3 — Igualdad de pares no ordenados

Para cualesquiera conjuntos \(a,b,c,d\),

\[ \{a,b\}=\{c,d\} \]

si y sólo si

\[ (a=c\land b=d) \quad\text{o}\quad (a=d\land b=c). \]

Demostración.
Supongamos \(\{a,b\}=\{c,d\}\). Como \(a\) pertenece al miembro izquierdo, \(a=c\) o \(a=d\).

Si \(a=c\), entonces \(b\in\{c,d\}\), así que \(b=c\) o \(b=d\). Si \(b=d\), obtenemos la primera alternativa. Si \(b=c=a\), la igualdad \(\{a,b\}=\{a\}=\{c,d\}\) fuerza \(d=a=b\), y ambas alternativas son entonces verdaderas.

El caso \(a=d\) es simétrico.

La recíproca se obtiene por sustitución y extensionalidad. ∎


Teorema 0.3.4 — Teorema característico del par ordenado

Para cualesquiera conjuntos \(a,b,c,d\),

\[ \langle a,b\rangle=\langle c,d\rangle \quad\Longleftrightarrow\quad (a=c\ \text{y}\ b=d). \]

Demostración.
La implicación de derecha a izquierda es inmediata por sustitución en la Definición 0.3.1.

Para la recíproca, supongamos

\[ \bigl\{\{a\},\{a,b\}\bigr\} = \bigl\{\{c\},\{c,d\}\bigr\}. \]

Por el Lema 0.3.3, ocurre una de dos posibilidades.

Caso 1.

\[ \{a\}=\{c\}, \qquad \{a,b\}=\{c,d\}. \]

Por el Lema 0.3.2, \(a=c\). Sustituyendo en la segunda igualdad, \(\{a,b\}=\{a,d\}\). Si \(b\neq a\), el elemento \(b\) del miembro izquierdo debe ser \(d\), de modo que \(b=d\); si \(b=a\), la igualdad obliga igualmente a \(d=a=b\). Por tanto \(b=d\).

Caso 2.

\[ \{a\}=\{c,d\}, \qquad \{a,b\}=\{c\}. \]

La primera igualdad implica \(c=d=a\), pues \(\{c,d\}\) tiene un único elemento. La segunda implica \(a=b=c\). Luego nuevamente \(a=c\) y \(b=d\).

En ambos casos, \(a=c\) y \(b=d\). ∎


Convención 0.3.5 — Tuplas finitas

Glosario: tupla finita

Las tuplas finitas de longitud mayor que dos se codificarán mediante pares ordenados anidados. Salvo que se indique otra cosa,

\[ \langle a,b,c\rangle := \langle a,\langle b,c\rangle\rangle. \]

Esta codificación es representacional y no se atribuirá contenido matemático a la forma concreta de anidación.


Definición 0.3.6 — Producto cartesiano

Glosario: producto cartesiano

Sean \(A,B\) conjuntos. Definimos

\[ A\times B := \{\langle a,b\rangle:a\in A,\ b\in B\}. \]

La expresión anterior es todavía una descripción. La existencia conjuntista del objeto se establece en la proposición siguiente.


Proposición 0.3.7 — Existencia del producto cartesiano

Para cualesquiera conjuntos \(A\) y \(B\), \(A\times B\) existe como conjunto.

Demostración.
Sea

\[ U:=A\cup B. \]

Si \(a\in A\) y \(b\in B\), entonces \(a,b\in U\). Por tanto,

\[ \{a\}\subseteq U, \qquad \{a,b\}\subseteq U, \]

de modo que

\[ \{a\},\{a,b\}\in\mathcal P(U). \]

Así,

\[ \langle a,b\rangle = \bigl\{\{a\},\{a,b\}\bigr\} \subseteq \mathcal P(U), \]

y por consiguiente

\[ \langle a,b\rangle\in\mathcal P(\mathcal P(U)). \]

Luego

\[ A\times B = \left\{ p\in\mathcal P(\mathcal P(U)): \exists a\in A\,\exists b\in B\, p=\langle a,b\rangle \right\}, \]

que existe por separación. ∎


0.4. Relaciones

El producto cartesiano reúne todos los pares posibles entre dos conjuntos. Una relación selecciona algunos de esos pares. Esta observación convierte una noción aparentemente nueva en una construcción conjuntista ya controlada: relacionar elementos de \(A\) con elementos de \(B\) será simplemente especificar un subconjunto de \(A\times B\).

Esta perspectiva es la que permitirá tratar, con un mismo lenguaje, equivalencias, órdenes y grafos funcionales.

Definición 0.4.1 — Relación binaria

Glosario: relación binaria

Una relación binaria de \(A\) en \(B\) es un conjunto

\[ R\subseteq A\times B. \]

Cuando \(A=B\), diremos simplemente que \(R\) es una relación sobre \(A\).

Escribiremos

\[ aRb \]

como abreviatura de

\[ \langle a,b\rangle\in R. \]


Definición 0.4.2 — Dominio y recorrido de una relación

Glosario: dominio de una relación · recorrido de una relación

Si \(R\subseteq A\times B\), definimos

\[ \operatorname{dom}R := \{a\in A:\exists b\in B\;(aRb)\}, \]

y

\[ \operatorname{ran}R := \{b\in B:\exists a\in A\;(aRb)\}. \]

Usaremos ran para recorrido de una relación y reservaremos im para la imagen de un subconjunto bajo una función.


Definición 0.4.3 — Relación inversa

Glosario: relación inversa

Si \(R\subseteq A\times B\), definimos

\[ R^{-1} := \{\langle b,a\rangle\in B\times A:aRb\}. \]


Definición 0.4.4 — Composición de relaciones

Glosario: composición de relaciones

Sean

\[ R\subseteq A\times B, \qquad S\subseteq B\times C. \]

Definimos la composición \(S\) después de \(R\) por

\[ S\circ R := \{ \langle a,c\rangle\in A\times C: \exists b\in B\;(aRb\land bSc) \}. \]

La dirección de la composición se leerá de derecha a izquierda, igual que para funciones.


Proposición 0.4.5 — Tipo de la inversa y de la composición

Si \(R\subseteq A\times B\) y \(S\subseteq B\times C\), entonces

\[ R^{-1}\subseteq B\times A \]

y

\[ S\circ R\subseteq A\times C. \]

Demostración.

Ambas inclusiones forman parte de las condiciones definitorias de las Definiciones 0.4.3 y 0.4.4: cada construcción se obtiene por separación dentro del producto cartesiano correspondiente. ∎


Definición 0.4.6 — Propiedades de una relación

Glosario: reflexividad · simetría · antisimetría · transitividad · totalidad

Sea \(R\) una relación sobre \(A\).

  • \(R\) es reflexiva si \(\forall a\in A,\ aRa\).
  • \(R\) es simétrica si \(aRb\Rightarrow bRa\).
  • \(R\) es antisimétrica si \((aRb\land bRa)\Rightarrow a=b\).
  • \(R\) es transitiva si \((aRb\land bRc)\Rightarrow aRc\).
  • \(R\) es total o conexa si para cualesquiera \(a,b\in A\), \(aRb\) o \(bRa\).

Definición 0.4.7 — Relación de equivalencia

Glosario: relación de equivalencia

Una relación \(\sim\) sobre \(A\) es una relación de equivalencia si es reflexiva, simétrica y transitiva.

0.5. Clases de equivalencia, particiones y cocientes

Una de las ideas constructivas centrales de este tratado aparece aquí por primera vez. Con frecuencia un objeto que deseamos construir admite muchas representaciones. En lugar de escoger arbitrariamente una de ellas, declaramos equivalentes las representaciones que expresan el mismo contenido y hacemos del conjunto de todas ellas un único objeto nuevo.

El esquema es

\[ \text{representaciones} \longrightarrow \text{relación de equivalencia} \longrightarrow \text{clases} \longrightarrow \text{cociente}. \]

No se trata de una preparación ornamental. Los enteros se construirán a partir de pares de naturales, los racionales a partir de pares de enteros y una de nuestras construcciones de los reales a partir de sucesiones de Cauchy. En cada caso, el paso decisivo será exactamente éste: identificar representaciones distintas sin escoger un representante privilegiado.

En toda esta sección, \(\sim\) denota una relación de equivalencia sobre un conjunto \(A\).

Definición 0.5.1 — Clase de equivalencia

Glosario: clase de equivalencia · representante

Para \(a\in A\), definimos la clase de equivalencia de \(a\) por

\[ [a]_{\sim} := \{x\in A:x\sim a\}. \]

Cuando no haya riesgo de ambigüedad, escribiremos simplemente \([a]\).


Proposición 0.5.2 — Existencia y pertenencia del representante

Glosario: representante

Para todo \(a\in A\), la clase \([a]\) es un conjunto, satisface \([a]\subseteq A\) y contiene a \(a\).

Demostración.

La existencia y la inclusión \([a]\subseteq A\) se siguen de la definición por separación. Como \(\sim\) es reflexiva, \(a\sim a\); por Definición 0.5.1, \(a\in[a]\). ∎


Lema 0.5.3 — Igualdad de clases

Glosario: igualdad de clases

Para \(a,b\in A\),

\[ [a]=[b] \quad\Longleftrightarrow\quad a\sim b. \]

Demostración.

Si \([a]=[b]\), entonces \(a\in[a]=[b]\) por Proposición 0.5.2; por la definición de \([b]\), \(a\sim b\).

Recíprocamente, supongamos \(a\sim b\). Sea \(x\in[a]\). Entonces \(x\sim a\). Como \(a\sim b\) y \(\sim\) es transitiva, \(x\sim b\), luego \(x\in[b]\). Por tanto \([a]\subseteq[b]\).

Por simetría, \(b\sim a\), y el mismo argumento da \([b]\subseteq[a]\). Aplicando Teorema 0.2.4, \([a]=[b]\). ∎


Proposición 0.5.4 — Clases iguales o disjuntas

Para \(a,b\in A\), o bien \([a]=[b]\), o bien \([a]\) y \([b]\) son disjuntas.

Demostración.

Supongamos que \([a]\cap[b]\neq\varnothing\). Entonces existe \(x\) con \(x\in[a]\) y \(x\in[b]\). Por definición,

\[ x\sim a, \qquad x\sim b. \]

Por simetría, \(a\sim x\); por transitividad con \(x\sim b\), \(a\sim b\). Por Lema 0.5.3, \([a]=[b]\).

La contrapositiva afirma que, si \([a]\neq[b]\), entonces \([a]\cap[b]=\varnothing\). ∎


Definición 0.5.5 — Partición

Glosario: partición

Una partición de un conjunto \(A\) es un conjunto \(\mathscr P\) de subconjuntos de \(A\) tal que:

  1. \(\varnothing\notin\mathscr P\);
  2. si \(C,D\in\mathscr P\) y \(C\neq D\), entonces \(C\cap D=\varnothing\);
  3. todo \(a\in A\) pertenece a algún \(C\in\mathscr P\).

Teorema 0.5.6 — Las clases de equivalencia forman una partición

El conjunto de todas las clases de equivalencia de \(\sim\) forma una partición de \(A\).

Demostración.

Consideremos

\[ \mathscr P_{\sim} := \{C\in\mathcal P(A):\exists a\in A\;(C=[a])\}. \]

Existe por conjunto potencia y separación.

Por Proposición 0.5.2, cada \([a]\) contiene a \(a\), luego ninguna clase es vacía.

Por Proposición 0.5.4, dos clases distintas son disjuntas.

Finalmente, para cada \(a\in A\), el propio \(a\) pertenece a \([a]\), y \([a]\in\mathscr P_{\sim}\).

Por Definición 0.5.5, \(\mathscr P_{\sim}\) es una partición de \(A\). ∎


Las proposiciones anteriores muestran que las clases no se solapan parcialmente: dos de ellas son iguales o disjuntas, y juntas recubren \(A\). Estamos, por tanto, en condiciones de dejar de mirar las representaciones individuales y considerar el conjunto de las clases mismas. Ese nuevo conjunto es el cociente.

Definición 0.5.7 — Conjunto cociente

Glosario: conjunto cociente

Definimos el conjunto cociente de \(A\) por \(\sim\) mediante

\[ A/{\sim} := \{C\in\mathcal P(A):\exists a\in A\;(C=[a])\}. \]

Equivalentemente,

\[ A/{\sim}=\{[a]:a\in A\}. \]

La primera forma será considerada la definición conjuntista canónica; la segunda es notación descriptiva.


Proposición 0.5.8 — Existencia del cociente

\(A/{\sim}\) existe como conjunto y satisface

\[ A/{\sim}\subseteq\mathcal P(A). \]

Demostración.

Por Definición 0.5.7, \(A/{\sim}\) se obtiene por separación dentro de \(\mathcal P(A)\). ∎

0.6. Funciones

Una función puede describirse informalmente como una regla que asigna a cada entrada una única salida. Para el desarrollo posterior necesitamos una versión más precisa: una función debe ser un objeto matemático identificable, con dominio y codominio determinados y con un grafo que registre todas sus asignaciones.

Esta decisión tendrá consecuencias reales. Dos funciones con los mismos pares entrada–salida pero codominios distintos no serán idénticas en nuestro formalismo. A cambio obtenemos una noción de función cuyo tipo está siempre explícito y que puede manipularse enteramente dentro de ZF.

Definición 0.6.1 — Función como dominio, codominio y grafo

Glosario: función · dominio de una función · codominio · grafo de una función

Una función \(f\) de \(A\) en \(B\) es el dato

\[ f=\langle A,B,G_f\rangle, \]

donde

\[ G_f\subseteq A\times B \]

y

\[ \forall a\in A\;\exists!b\in B \quad \langle a,b\rangle\in G_f. \]

El conjunto \(A\) es el dominio, \(B\) el codominio y \(G_f\) el grafo.


Notación 0.6.2 — Flecha y evaluación

Para una función con dominio \(A\) y codominio \(B\), escribiremos

\[ f:A\to B. \]

Si \(a\in A\), el único \(b\in B\) tal que \(\langle a,b\rangle\in G_f\) se denotará

\[ f(a). \]

La expresión \(f(a)\) es abreviatura de una relación de pertenencia al grafo; no es una operación primitiva.

Nota fundacional. La definición anterior fija una función como objeto extensional: dominio, codominio y grafo determinan completamente la aplicación. Esto no proporciona, por sí solo, un procedimiento efectivo para obtener \(f(a)\) a partir de una codificación de \(a\). Mantendremos explícita la distinción

\[ \boxed{\text{función conjuntista}\neq\text{algoritmo de evaluación}.} \]


Proposición 0.6.3 — Criterio de igualdad de funciones

Sean

\[ f=\langle A,B,G_f\rangle, \qquad g=\langle C,D,G_g\rangle \]

funciones. Entonces

\[ f=g \]

si y sólo si

\[ A=C,\qquad B=D,\qquad G_f=G_g. \]

Demostración.
La afirmación se sigue del criterio característico del par ordenado aplicado recursivamente a la codificación de triples fijada en el Capítulo 0. ∎

Escolio. El codominio forma parte de la identidad de una función. Dos aplicaciones con el mismo grafo y dominios iguales, pero codominios distintos, son formalmente funciones distintas.


Definición 0.6.4 — Identidad y composición de funciones

Glosario: función identidad · composición de funciones

Para un conjunto \(A\), definimos la función identidad

\[ \operatorname{id}_A:A\to A, \qquad \operatorname{id}_A(a)=a. \]

Si

\[ f:A\to B, \qquad g:B\to C, \]

definimos

\[ g\circ f:A\to C \]

por

\[ (g\circ f)(a):=g(f(a)). \]

Su grafo coincide con la composición relacional de los grafos correspondientes.


Proposición 0.6.5 — Asociatividad y leyes de identidad

Si

\[ f:A\to B,\qquad g:B\to C,\qquad h:C\to D, \]

entonces

\[ h\circ(g\circ f)=(h\circ g)\circ f, \]

y

\[ \operatorname{id}_B\circ f=f, \qquad f\circ\operatorname{id}_A=f. \]

Demostración.
Las funciones comparadas tienen, en cada igualdad, el mismo dominio y codominio. Para cada \(a\in A\),

\[ [h\circ(g\circ f)](a) = h(g(f(a))) = [(h\circ g)\circ f](a). \]

Por unicidad de los valores, sus grafos coinciden; por la Proposición 0.6.3, las funciones son iguales. Las leyes de identidad se prueban del mismo modo. ∎


Definición 0.6.6 — Inyectividad, sobreyectividad y biyectividad

Glosario: inyectividad · sobreyectividad · biyectividad

Sea \(f:A\to B\).

  • \(f\) es inyectiva si \(f(a)=f(a')\Rightarrow a=a'\).
  • \(f\) es sobreyectiva si para todo \(b\in B\) existe \(a\in A\) tal que \(f(a)=b\).
  • \(f\) es biyectiva si es inyectiva y sobreyectiva.

Teorema 0.6.7 — Caracterización de las funciones invertibles

Una función \(f:A\to B\) es biyectiva si y sólo si existe una función \(g:B\to A\) tal que

\[ g\circ f=\operatorname{id}_A \qquad\text{y}\qquad f\circ g=\operatorname{id}_B. \]

En tal caso, \(g\) es única.

Demostración.
Supongamos primero que \(f\) es biyectiva. Para cada \(b\in B\), por sobreyectividad existe \(a\in A\) con \(f(a)=b\); por inyectividad, tal \(a\) es único. Definimos

\[ G_g := \{\langle b,a\rangle\in B\times A:f(a)=b\}. \]

Este conjunto existe por separación y determina una función \(g:B\to A\). Por construcción,

\[ g(f(a))=a \]

para todo \(a\in A\), y

\[ f(g(b))=b \]

para todo \(b\in B\). Luego las dos composiciones son las identidades correspondientes.

Recíprocamente, supongamos que existe \(g\) con ambas identidades. Si \(f(a)=f(a')\), aplicando \(g\) obtenemos

\[ a=g(f(a))=g(f(a'))=a', \]

por lo que \(f\) es inyectiva. Para cada \(b\in B\), tomando \(a=g(b)\) obtenemos

\[ f(a)=f(g(b))=b, \]

de modo que \(f\) es sobreyectiva.

Finalmente, si \(g\) y \(g'\) satisfacen las dos identidades, entonces

\[ g = g\circ\operatorname{id}_B = g\circ(f\circ g') = (g\circ f)\circ g' = \operatorname{id}_A\circ g' = g', \]

usando la Proposición 0.6.5. ∎


Notación 0.6.8 — Función inversa

Glosario: función inversa

Si \(f:A\to B\) es biyectiva, denotaremos por

\[ f^{-1}:B\to A \]

la única función cuya existencia garantiza el Teorema 0.6.7.

El símbolo \(f^{-1}\) no se utilizará para una función antes de demostrar que \(f\) es biyectiva. Para relaciones, \(R^{-1}\) conserva el significado fijado en la sección de relaciones binarias.


Definición 0.6.9 — Imagen y preimagen

Glosario: imagen directa · preimagen

Sea \(f:A\to B\).

Para \(X\subseteq A\), definimos la imagen directa

\[ f[X] := \{b\in B:\exists x\in X\;(f(x)=b)\}. \]

Para \(Y\subseteq B\), definimos la preimagen

\[ f^{-1}[Y] := \{a\in A:f(a)\in Y\}. \]

Los corchetes distinguen estas operaciones sobre subconjuntos de la evaluación \(f(a)\) y, en el caso biyectivo, de la función inversa \(f^{-1}\).


Proposición 0.6.10 — Leyes elementales de preimagen

Si \(f:A\to B\) y \(Y,Z\subseteq B\), entonces

\[ f^{-1}[Y\cup Z] = f^{-1}[Y]\cup f^{-1}[Z], \]

\[ f^{-1}[Y\cap Z] = f^{-1}[Y]\cap f^{-1}[Z], \]

y

\[ f^{-1}[B\setminus Y] = A\setminus f^{-1}[Y]. \]

Demostración.
Para la primera igualdad, sea \(a\in A\). Entonces

\[ \begin{aligned} a\in f^{-1}[Y\cup Z] &\iff f(a)\in Y\cup Z\\ &\iff (f(a)\in Y\lor f(a)\in Z)\\ &\iff (a\in f^{-1}[Y]\lor a\in f^{-1}[Z])\\ &\iff a\in f^{-1}[Y]\cup f^{-1}[Z]. \end{aligned} \]

Por extensionalidad, los conjuntos son iguales. Las otras dos identidades se prueban mediante la misma cadena de equivalencias. ∎


Definición 0.6.11 — Conjunto de funciones

Glosario: conjunto de funciones

Para conjuntos \(A,B\), denotaremos por

\[ B^A \]

el conjunto de todas las funciones \(f:A\to B\).

La notación recuerda la convención habitual de que el dominio aparece en el exponente.


Proposición 0.6.12 — Existencia de \(B^A\)

Para cualesquiera conjuntos \(A,B\), \(B^A\) existe como conjunto.

Demostración.
Por la existencia del producto cartesiano, \(A\times B\) es un conjunto y, por conjunto potencia,

\[ \mathcal P(A\times B) \]

es un conjunto. Formemos

\[ U:=\{A,B\}\cup\mathcal P(A\times B) \]

y después

\[ V:=U\cup\mathcal P(\mathcal P(U)). \]

Ambos existen usando únicamente par, unión y conjunto potencia.

Sea ahora \(G\in\mathcal P(A\times B)\). Entonces \(A,B,G\in U\). Por la codificación de pares de Kuratowski, \(\langle B,G\rangle\in\mathcal P(\mathcal P(U))\), y por tanto \(A,\langle B,G\rangle\in V\). Aplicando una vez más la misma codificación,

\[ \langle A,B,G\rangle = \langle A,\langle B,G\rangle\rangle \in \mathcal P(\mathcal P(V)). \]

Tenemos así un conjunto ambiente fijo que contiene todos los triples candidatos. Por separación existe

\[ T := \left\{ t\in\mathcal P(\mathcal P(V)): \exists G\in\mathcal P(A\times B) \;t=\langle A,B,G\rangle \right\}. \]

Separamos ahora dentro de \(T\) aquellos triples \(\langle A,B,G\rangle\) cuyo tercer componente satisface

\[ \forall a\in A\;\exists!b\in B\; \langle a,b\rangle\in G. \]

El subconjunto resultante existe por separación y, por la Definición 0.6.1, es exactamente \(B^A\). ∎

Nota fundacional. Esta construcción no necesita Reemplazo: conjunto potencia, par, unión y separación bastan para obtener un conjunto ambiente que contiene todas las funciones \(A\to B\). Tampoco interviene Choice: no seleccionamos una función de una familia de conjuntos; formamos la totalidad extensional de los grafos que satisfacen una propiedad definible.

Definición 0.6.13 — Proyección canónica de un cociente

Glosario: proyección canónica

Sea \(\sim\) una relación de equivalencia sobre \(A\). Definimos

\[ \pi_{\sim}:A\to A/{\sim}, \qquad \pi_{\sim}(a):=[a]. \]

Cuando la relación sea inequívoca, escribiremos simplemente \(\pi\).


Proposición 0.6.14 — Sobreyectividad de la proyección canónica

La proyección canónica

\[ \pi_{\sim}:A\to A/{\sim} \]

es sobreyectiva.

Demostración.
Sea \(C\in A/{\sim}\). Por la definición del cociente existe \(a\in A\) tal que \(C=[a]\). Entonces

\[ \pi_{\sim}(a)=[a]=C. \]

Por la definición de sobreyectividad, \(\pi_{\sim}\) es sobreyectiva. ∎


La proyección es sobreyectiva: toda clase tiene al menos un representante. Esto plantea el problema que aparecerá repetidamente en los próximos capítulos. Supongamos que sabemos calcular una cantidad a partir de un representante \(a\). ¿Cuándo ese cálculo define realmente una función de la clase \([a]\) y no depende de la representación elegida?

La respuesta es: exactamente cuando el cálculo toma el mismo valor sobre representantes equivalentes. El teorema siguiente formaliza esa idea y será nuestra herramienta básica de buena definición sobre cocientes.

Teorema 0.6.15 — Principio de definición sobre clases

Glosario: principio de definición sobre clases

Sea \(\sim\) una relación de equivalencia sobre \(A\), sea \(B\) un conjunto y sea

\[ \varphi:A\to B \]

una función que satisface

\[ a\sim a' \quad\Longrightarrow\quad \varphi(a)=\varphi(a'). \]

Entonces existe una única función

\[ \overline{\varphi}:A/{\sim}\to B \]

tal que

\[ \overline{\varphi}\circ\pi_{\sim}=\varphi. \]

Equivalente y sugestivamente,

\[ \overline{\varphi}([a])=\varphi(a). \]

Demostración.
Existencia. Definamos una relación \(G\) sobre \((A/{\sim})\times B\) por

\[ \langle C,b\rangle\in G \]

si y sólo si existe \(a\in A\) tal que

\[ C=[a] \qquad\text{y}\qquad b=\varphi(a). \]

Debemos demostrar que \(G\) es funcional y total sobre \(A/{\sim}\).

Sea \(C\in A/{\sim}\). Por definición del cociente, existe \(a\in A\) con \(C=[a]\); entonces \(\langle C,\varphi(a)\rangle\in G\). Por tanto existe al menos un valor.

Supongamos ahora que

\[ C=[a]=[a'] \]

y que los valores propuestos son \(\varphi(a)\) y \(\varphi(a')\). Por el Lema 0.5.3 — Igualdad de clases, \(a\sim a'\). La hipótesis de constancia sobre clases da

\[ \varphi(a)=\varphi(a'). \]

Por tanto el valor es único. Así \(G\) es el grafo de una función \(\overline{\varphi}:A/{\sim}\to B\).

Para todo \(a\in A\),

\[ (\overline{\varphi}\circ\pi_{\sim})(a) = \overline{\varphi}([a]) = \varphi(a), \]

de modo que las dos funciones son iguales.

Unicidad. Si \(\psi:A/{\sim}\to B\) satisface \(\psi\circ\pi_{\sim}=\varphi\), sea \(C\in A/{\sim}\). Por sobreyectividad de \(\pi_{\sim}\), existe \(a\in A\) con \(C=\pi_{\sim}(a)\). Entonces

\[ \psi(C) = \psi(\pi_{\sim}(a)) = \varphi(a) = \overline{\varphi}(\pi_{\sim}(a)) = \overline{\varphi}(C). \]

Por el criterio de igualdad de funciones, \(\psi=\overline{\varphi}\). ∎

Regla operativa. Toda definición posterior sobre \(\mathbb Z\), \(\mathbb Q\) o \(\mathbb R_C\) que use representantes será una aplicación concreta de este principio o contendrá una prueba equivalente de buena definición.


Definición 0.6.16 — Familia indexada

Glosario: familia indexada

Una familia indexada de elementos de un conjunto \(X\), con conjunto de índices \(I\), es una función

\[ x:I\to X. \]

Escribiremos

\[ (x_i)_{i\in I} \]

en lugar de la función \(x\), con \(x_i:=x(i)\).

Si \(U\) es un conjunto y la familia toma valores en \(\mathcal P(U)\), escribiremos \((A_i)_{i\in I}\) y definiremos

\[ \bigcup_{i\in I}A_i := \bigcup \operatorname{ran}(A), \]

y

\[ \bigcap_{i\in I}A_i := \{x\in U:\forall i\in I\;(x\in A_i)\}. \]

Para \(I=\varnothing\), esta última definición da \(\bigcap_{i\in I}A_i=U\); por ello el conjunto ambiente \(U\) forma parte de la convención.


0.7. Órdenes

El análisis no sólo necesita saber cuándo dos objetos son iguales; necesita compararlos. Más adelante hablaremos de intervalos, cotas, monotonía, supremos y completitud. Todas esas nociones descansan sobre una estructura de orden.

Introducimos aquí únicamente el vocabulario abstracto indispensable. Todavía no afirmamos que los sistemas numéricos posean estos órdenes: en cada construcción posterior habrá que definir la relación correspondiente y demostrar que satisface las propiedades exigidas.

Definición 0.7.1 — Preorden, orden parcial y orden total

Glosario: preorden · orden parcial · orden total

Sea \(\leq\) una relación sobre un conjunto \(A\).

  • \(\leq\) es un preorden si es reflexiva y transitiva.
  • \(\leq\) es un orden parcial si es reflexiva, antisimétrica y transitiva.
  • \(\leq\) es un orden total si es un orden parcial y, además, para cualesquiera \(a,b\in A\),

\[ a\leq b \quad\text{o}\quad b\leq a. \]

El par \((A,\leq)\) se llamará, respectivamente, conjunto preordenado, parcialmente ordenado o totalmente ordenado.


Definición 0.7.2 — Orden estricto asociado

Glosario: orden estricto

Si \(\leq\) es un orden parcial sobre \(A\), definimos

\[ a<b \quad\Longleftrightarrow\quad (a\leq b\ \text{y}\ a\neq b). \]

La relación \(<\) se denomina orden estricto asociado a \(\leq\).


Proposición 0.7.3 — Propiedades del orden estricto asociado

Si \(\leq\) es un orden parcial sobre \(A\), entonces \(<\) es irreflexiva y transitiva.

Si \(\leq\) es total, entonces para cualesquiera \(a,b\in A\) exactamente una de las siguientes proposiciones es verdadera:

\[ a<b, \qquad a=b, \qquad b<a. \]

Demostración.
Irreflexividad: \(a<a\) exigiría simultáneamente \(a\leq a\) y \(a\neq a\), imposible.

Transitividad: si \(a<b\) y \(b<c\), entonces \(a\leq b\) y \(b\leq c\), por lo que \(a\leq c\). Si \(a=c\), de \(a\leq b\) y \(b\leq a\) se seguiría \(a=b\) por antisimetría, contradiciendo \(a<b\). Luego \(a\neq c\) y, por tanto, \(a<c\).

Supongamos ahora que \(\leq\) es total. Dados \(a,b\), por totalidad \(a\leq b\) o \(b\leq a\). Si \(a=b\), se cumple la alternativa central. Si \(a\neq b\), la primera relación produce \(a<b\) y la segunda produce \(b<a\). No pueden darse simultáneamente \(a<b\) y \(b<a\), pues implicarían \(a\leq b\) y \(b\leq a\), y la antisimetría daría \(a=b\). ∎


Definición 0.7.4 — Cotas superiores e inferiores

Glosario: cota superior · cota inferior · acotado superiormente · acotado inferiormente

Sea \((A,\leq)\) un conjunto parcialmente ordenado y sea \(S\subseteq A\).

Un elemento \(u\in A\) es una cota superior de \(S\) si

\[ \forall s\in S,\quad s\leq u. \]

Un elemento \(\ell\in A\) es una cota inferior de \(S\) si

\[ \forall s\in S,\quad \ell\leq s. \]

Diremos que \(S\) está acotado superiormente si posee alguna cota superior y acotado inferiormente si posee alguna cota inferior.


Definición 0.7.5 — Máximo y mínimo

Glosario: máximo · mínimo

Sea \(S\subseteq A\).

Un elemento \(m\in S\) es el máximo de \(S\) si

\[ \forall s\in S,\quad s\leq m. \]

Un elemento \(n\in S\) es el mínimo de \(S\) si

\[ \forall s\in S,\quad n\leq s. \]

La pertenencia \(m,n\in S\) forma parte de la definición y distingue máximo/mínimo de una cota exterior.


Proposición 0.7.6 — Unicidad de máximo y mínimo

Un subconjunto de un conjunto parcialmente ordenado tiene a lo sumo un máximo y a lo sumo un mínimo.

Demostración.
Sean \(m,m'\) dos máximos de \(S\). Como \(m'\in S\) y \(m\) es máximo, \(m'\leq m\). Como \(m\in S\) y \(m'\) es máximo, \(m\leq m'\). Por antisimetría, \(m=m'\).

La prueba para mínimos es dual. ∎


Definición 0.7.7 — Supremo e ínfimo

Glosario: supremo · ínfimo

Sea \(S\subseteq A\).

Un elemento \(u\in A\) es el supremo de \(S\) si:

  1. \(u\) es cota superior de \(S\);
  2. para toda cota superior \(v\) de \(S\),

\[ u\leq v. \]

Un elemento \(\ell\in A\) es el ínfimo de \(S\) si:

  1. \(\ell\) es cota inferior de \(S\);
  2. para toda cota inferior \(v\) de \(S\),

\[ v\leq \ell. \]

Obsérvese que la definición no afirma que supremo o ínfimo existan.


Proposición 0.7.8 — Unicidad de supremo e ínfimo

Si \(S\) posee supremo, éste es único. Si \(S\) posee ínfimo, éste es único.

Demostración.
Sean \(u\) y \(u'\) dos supremos de \(S\). Como \(u'\) es una cota superior y \(u\) es la menor cota superior,

\[ u\leq u'. \]

Simétricamente,

\[ u'\leq u. \]

Por antisimetría, \(u=u'\). La prueba para el ínfimo es dual. ∎


Corolario 0.7.9 — Notación legítima para supremo e ínfimo

Cuando se haya demostrado que \(S\) posee supremo, escribiremos

\[ \sup S \]

para ese único elemento. Cuando se haya demostrado que posee ínfimo, escribiremos

\[ \inf S. \]

Las expresiones \(\sup S\) e \(\inf S\) no se considerarán definidas bajo hipótesis que no garanticen existencia.


TipCapítulo 0 completo

Con §§0.8–0.10 queda completo el Capítulo 0 — Fundamento lógico y conjuntista. La publicación progresiva continuará con el Capítulo 1 — Los números naturales.

0.8. Resumen de notación

Las decisiones activas de notación introducidas en este capítulo son:

símbolo / forma significado adoptado decisión normativa
\(x\in A\) pertenencia símbolo primitivo de la teoría de conjuntos
\(A\subseteq B\) inclusión no estricta \(\subset\) no se usará ambiguamente para inclusión propia
\(A\subsetneq B\) inclusión propia requiere \(A\subseteq B\) y \(A\ne B\)
\(\{x\in A:P(x)\}\) separación restringida prohibido omitir el conjunto ambiente sin justificación
\(\varnothing\) conjunto vacío sólo después de la Proposición 0.2.5
\(\{a,b\}\), \(\{a\}\) par no ordenado, singleton reservadas llaves para conjuntos
\(A\cup B\) unión estándar
\(A\cap B\) intersección estándar
\(A\setminus B\) diferencia de conjuntos se descarta \(A-B\) para evitar colisión algebraica
\(\mathcal P(A)\) conjunto potencia se descarta \(2^A\) en la fase fundacional
\(\langle a,b\rangle\) par ordenado de Kuratowski paréntesis \((a,b)\) quedarán disponibles para intervalos y tuplas informales posteriores
\(A\times B\) producto cartesiano estándar
\(aRb\) \(\langle a,b\rangle\in R\) notación infija permitida cuando la relación lo aconseje
\(\operatorname{dom}R\) dominio de relación se descarta \(D(R)\)
\(\operatorname{ran}R\) recorrido de relación \(im\) se reserva para funciones/subconjuntos
\(R^{-1}\) relación inversa no presupone funcionalidad
\(S\circ R\) composición: primero \(R\), luego \(S\) lectura de derecha a izquierda
\([a]_\sim\) clase de equivalencia se admite \([a]\) sólo con relación inequívoca
\(A/{\sim}\) conjunto cociente barras inclinadas sólo tras definir la equivalencia
\(f:A\to B\) función con dominio y codominio explícitos el codominio forma parte de la identidad de \(f\)
\(f(a)\) evaluación reservada a elementos del dominio
\(f[X]\) imagen directa de subconjunto corchetes distinguen imagen de evaluación
\(f^{-1}[Y]\) preimagen de subconjunto no requiere que \(f\) sea biyectiva
\(f^{-1}\) función inversa sólo tras probar biyectividad
\(B^A\) conjunto de funciones \(A\to B\) dominio en el exponente
\((x_i)_{i\in I}\) familia indexada formalmente una función con dominio \(I\)
\(\leq\) orden no estricto relación primaria en la teoría del orden
\(<\) orden estricto asociado definido por \(a\le b\) y \(a\ne b\)
\(\sup S\), \(\inf S\) supremo, ínfimo sólo cuando la existencia haya sido demostrada

0.9. Cierre deductivo del capítulo

Con este capítulo quedan disponibles, sin recurrir todavía a ningún sistema numérico:

  1. inclusión y operaciones conjuntistas elementales;
  2. pares ordenados con su teorema característico;
  3. productos cartesianos;
  4. relaciones, inversas y composiciones;
  5. relaciones de equivalencia;
  6. clases, particiones y conjuntos cociente;
  7. funciones con dominio y codominio explícitos;
  8. composición, identidad, biyectividad e inversa;
  9. imágenes y preimágenes;
  10. conjuntos de funciones y familias indexadas;
  11. el principio de definición sobre clases;
  12. preórdenes, órdenes parciales y totales;
  13. cotas, máximos, mínimos, supremos e ínfimos.

Ninguno de estos objetos presupone \(\mathbb N\), \(\mathbb Z\), \(\mathbb Q\) o \(\mathbb R\).

El siguiente capítulo podrá comenzar legítimamente con el axioma de infinito y la construcción del menor conjunto inductivo.


0.10. Hacia los números naturales

El lenguaje lógico y conjuntista necesario ya está disponible. Hemos construido los objetos que permitirán trabajar con relaciones, funciones, cocientes y órdenes sin presuponer todavía ningún sistema numérico.

El paso siguiente será distinto: por primera vez construiremos un sistema numérico propiamente tal. A partir del axioma de infinito aislaremos un conjunto inductivo mínimo, que denotaremos por \(\omega\); una vez demostrada su independencia del conjunto inductivo inicial, definiremos \(\mathbb N:=\omega\) y mostraremos que posee la estructura esperada de los números naturales. Sólo después de esa construcción se introducirán, mediante recursión, la suma y la multiplicación.

Así comienza la primera cadena aritmética del tratado:

\[ \text{infinito} \longrightarrow \omega=\mathbb N \longrightarrow \text{recursión} \longrightarrow +,\cdot,\leq. \]

TipSiguiente capítulo

Con esta sección queda completo el Capítulo 0 — Fundamento lógico y conjuntista. La publicación progresiva continuará con el Capítulo 1 — Los números naturales, comenzando por el axioma de infinito, los conjuntos inductivos y la construcción de \(\omega\).

Reutilización

GFDL-1.3-or-later