空集

空集是不含任何元素的集合，数学符号为 ∅ {displaystyle emptyset } 、 ∅ {displaystyle varnothing } 或 { } {displaystyle {;}} 。空集的标准符号由尼古拉·布尔巴基小组创造，写作∅（ ∅ {displaystyle varnothing } ），首先见于他们在1939年出版的《数学原本卷一：集合论》（Éléments de mathématique. Livre 1. Théorie des ensembles. Fascicule de résultats）。这符号也可写作 ∅ {displaystyle emptyset } ，有时候采用近似字符“.mw-parser-output .sans-serif{font-family:-apple-system,BlinkMacSystemFont,"Segoe UI",Roboto,Lato,"Helvetica Neue",Helvetica,Arial,sans-serif}Ø”，也可以使用大括号 { } {displaystyle {;}} 表示。这符号源自北欧语言的拉丁字母“Ø”，但常被误会为希腊字母“φ”。（φ有两个写法：小写的 φ {displaystyle varphi } 和缩小了的大写 ϕ {displaystyle phi ,} ，后者常被误用为空集符号。 ϕ {displaystyle phi ,} 的中间为一长竖，中间的圈也较小，与 ∅ {displaystyle varnothing } 的斜线和大圆不同。）。提出用北欧字母为符号的，是布尔巴基小组成员安德烈·韦伊。他在自传写道：空集符号∅的Unicode编码为U+2205，TeX代码是emptyset或varnothing（后者是AMS符号，很多人较喜欢后者的字形）。（这里采用数学符号）。集合论中，两个集合相等，若它们有相同的元素；那么仅可能有一个集合是没有元素的，即空集是唯一的。考虑空集为实数线（或任意拓扑空间）的子集，空集既是开集、又是闭集。空集的边界点集合是空集，是它的子集，因此空集是闭集。空集的内点集合也是空集，是它的子集，因此空集是开集。另外，空集是紧致集合，因为凡有限集合都是紧致的。空集的闭包是空集。根据定义，空集有0个元素，或者称其势为0。然而，这两者的关系可能更进一步：在标准的自然数的集合论定义中，0被定义为空集。空集不是无；它是内部没有元素的集合，而集合就是有。这通常是初学者的一个难点。可以将集合想象成一个装有其元素的袋子──袋子可能是空的，但袋子本身确实是存在的。有些人会想不通上述第一条性质，即空集是任意集合 A {displaystyle A} 的子集。按照子集的定义，这条性质是说 { } {displaystyle left{right}} 的每个元素x都属于 A {displaystyle A} 。若这条性质不为真，那.mw-parser-output .serif{font-family:Times,serif}{}中至少有一个元素不在 A {displaystyle A} 中。由于 { } {displaystyle left{right}} 中没有元素，也就没有 { } {displaystyle left{right}} 的元素不属于 A {displaystyle A} 了，得到 { } {displaystyle left{right}} 的每个元素都属于 A {displaystyle A} ，即 { } {displaystyle left{right}} 是 A {displaystyle A} 的子集。空集（作为集合）上的运算也可能使人迷惑。（这是一种空运算。） 例如：空集元素的和为0，而它们的积为1（见空积）。这可能看上去非常奇怪，空集中没有元素，他们是怎么相加和相乘的呢？ 最终，这些运算的结果更多被看成是运算的问题，而不是空集的。比如，可以注意到0是加法的单位元，而1是乘法的单位元。在诸如策梅洛-弗兰克尔集合论的公理化集合论中，空集的存在性是由空集公理确定的。空集的唯一性由外延公理得出。使用分类公理，任何陈述集合存在性的公理将隐含空集公理。例如：若 A {displaystyle A} 是集合，则分离公理允许构造集合 B = { x ∈ A | x ≠ x } {displaystyle B=left{xin A|xneq xright}} ，它就可以被定义为空集。若A为集合，则恰好存在一个从 { } {displaystyle left{right}} 到 A {displaystyle A} 的函数 f {displaystyle f} ，即空函数。故此，空集是集合和函数的范畴的唯一初始对象。空集只能通过一种方式转变为拓扑空间，即通过定义空集为开集；这个空拓扑空间是有连续映射的拓扑空间的范畴的唯一初始对象。尽管空集在数学中是一个标准，并被广泛接受，仍然有人对它表示怀疑。Jonathan Lowe认为，这一概念“无疑是数学历史上的里程碑，……；不需要假设其在计算时的有效性要基于其确实表达了某些对象”，但在另一方面，“我们所知的空集只是它 (1)是个集合，(2)没有元素，(3)在没有元素的集合中唯一。然而，有很多东西‘没有元素’，在集合论角度而言，叫做非集合。为什么它们没有元素是显而易见的，因为它们不是集合。不清楚的是，为什么在集合中，没有元素的集合是唯一的。仅仅通过约束是不可能将这么一个实体变出来的。”在"To be is to be the value of a variable…"，Journal of Philosophy，1984（在书Logic, Logic and Logic中再次发表）中，小George Boolos认为许多集合论中的结论，也可以透过对个体进行复数量化（英语：Plural quantification）来得到，所以无需把集合具体化为包含其他实体作为元素的实体。