Corso di Fondamenti della Matematica (2023/24)
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Descrizione del corso
La matematica vista nei primi anni di studi universitari include la geometria, l’algebra, l’analisi, la combinatoria, la probabilità. Nello studiare queste branche della matematica alcune domande sorgono quasi spontanee: cos’è in generale la matematica? Cosa è un sistema formale? È possibile costruire una teoria matematica che contenga tutte le altre? E se sì, quali sono i suoi assiomi? Quali sono le uniche cose che dobbiamo assumere vere affinché tutto il resto della matematica ne sia una conseguenza?
Queste domande ne fanno scaturire immediatamente altre. Se tutta la matematica può essere vista come un’unica grandissima teoria. Fin dove arriva questa? Quali sono i suoi limiti? È possibile dimostrare tutto ciò che è vero?
Nel corso degli anni in matematica sono state sviluppare tecniche sempre più sofisticate, ragionamenti sempre più complessi e costruzioni sempre più ardite. Da ciò sono nati risultati inaspettati, a volte così tanto da sembrare falsi. Come si può essere sicuri che alla fine i teoremi dimostrati finora non portino a contraddizione? Esistono delle fondamenta sicure per la matematica? Su cosa fonda la matematica?
Ad esempio, tutti gli studenti di matematica sanno che esistono vari livelli di infinito e che a volte le proprietà di questi infiniti sono contro intuitive. Come si può fare a sapere che questa idea di infinito è quella corretta? Come si può essere sicuri che i ragionamenti portati avanti in teorie matematiche che coinvolgono infinità di numeri, infinità di funzioni, infinità di spazi, alla fine siano corretti?
Molte di queste domande sono state oggetto di approfondita ricerca da parte di un grande matematico del 900: David Hilbert. Egli si chiese se tutto il processo della scoperta di nuove teorie e nuovi teoremi potesse in qualche modo essere meccanizzato. Queste domande portarono Hilbert a cambiare l’idea stessa della matematica per trasformarla in quello che studiamo oggi. Ma, mentre il più grande matematico del 900 mette in piedi questo enorme programma di ricerca, un giovane viennese di 24 anni distrugge completamente il programma dando risposta a molte delle domande viste prima. È sorprendente pensare che le risposte a queste domande possano essere teoremi matematici, piuttosto che speculazioni filosofiche.
In questo corso analizzeremo queste domande, le formalizzeremo e vedremo quali risposte sono state proposte.
Frequenza
La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente consigliata.
Contenuti
Il corso coprirà i seguenti argomenti:
- Il metodo assiomatico e alcuni esempi.
- Coerenza, Completezza, Categoricità e Indipendenza.
- Il Programma di Hilbert.
- Modelli per una nozione formale di calcolabilità.
- Cenni sui teoremi di Gödel.
- La Teoria di Zermelo-Fraenkel.
- Assioma della scelta e alcune sue conseguenze importanti.
- Ordinali e Cardinali.
Più dettagliatamente, qui sotto saranno elencati i contenuti delle singole lezioni.
- 25 settembre 2023 Introduzione al corso. Le flogghe che scoprano.
- 26 settembre 2023 Un altro esempio di sistema assiomatico: geometria in miniatura.
- 2 ottobre 2023 Proprietà dei sistemi assiomatici: coerenza, indipendenza.
- 3 ottobre 2023 Proprietà dei sistemi assiomatici: completezza.
- 9 ottobre 2023 Macchine di Turing: definizione ed esempi.
- 10 ottobre 2023 Funzioni primitive ricorsive: definizione ed esempi.
- 16 ottobre 2023 Funzioni parziali ricorsive: definizione ed esempi.
- 17 ottobre 2023 Codifiche ricorsive di sottoinsiemi finiti e stringhe di numeri naturali.
- 23 ottobre 2023 Insiemi ricorsivi e ricorsivanente enunerabili. L’insieme dell’arresto.
- 24 ottobre 2023 La crisi dei fondamenti. Il programma di Hilbert.
- 30 ottobre 2023 La teoria ZF: i primi assiomi.
- 31 ottobre 2023 La teoria ZF: i rimanenti assiomi.
- 6 novembre 2023 Buoni ordini.
- 7 novembre 2023 Segmenti iniziali.
- 13 novembre 2023 Il teorema di tricotomia.
- 14 novembre 2023 Gli ordinali. Prime proprietà.
- 20 novembre 2023 Ordinali come rappresentanti canonici di buoni ordini. L’ordinale \omega.
- 21 novembre 2023 Il teorema di induzione transfinita. Definizioni per ricorsione su On.
- 27 novembre 2023 Come uccidere un’idra e il Teorema di Goodstein.
- 28 novembre 2023 Forme equivalenti dell’Assioma della scelta.
4 dicembre 20235 dicembre 2023- 11 dicembre 2023 Il teorema di Cantor-Schröder-Bernstein.
- 12 dicembre 2023 La cardinalità di un insieme e i cardinali.
- 18 dicembre 2023 Operazioni sui cardinali. La biezione canonica tra On^2 e On.
- 19 dicembre 2023 Le categorie come fondamenti della matematica.
Materiale del corso
- Testi consigliati:
- M. Borga, D. Palladino, Oltre il mito della crisi: fondamenti e filosofia della matematica del XX secolo. Editrice La Scuola.
- G. Lolli, Tavoli, sedie e boccali di birra: David Hilbert e la matematica del Novecento. Raffaello Cortina Editore.
- S. Leonesi, C. Toffalori. Matematica, Miracoli e Paradossi. Storie di Cardinali da Cantor a Gödel (2007) Mondadori.
- G. Gerla, Dagli Insiemi alla Logica Matematica. Tentativi di Fondare la Matematica, Volume I e II. Ilmiolibro.it.
Le dispense e altro materiale riguardante il corso sarà messo a disposizione tramite Teams. Seguire questo link per iscriversi.
Aspetti pratici
- Docenti: Luca Spada
Crediti/ore:
- Durata: 48 ore (12 settimane).
- CFU: 6
Date/aule:
- Le lezioni cominceranno lunedì 25 settembre.
- Ci sono due lezioni a settimana:
- Lunedì dalle 15:00 alle 17:00, Aula F3.
- Martedì dalle 09:00 alle 11:00, Aula F6.
Esercizi/Esami
Esame:
L’esame per questo corso è solo orale. È possibile sostenere l’esame in qualunque momento prendendo preventivamente appuntamento con il docente (circa una settimana prima)
Appelli d’esame:
- Appello di gennaio: 26 gennaio, ore 9:00, studio docente
- Appello di febbraio: 15 febbraio, ore 9:00, studio docente
Soft Computing Days
From the 23d to the 25th of May the Department of Mathematics will host “Soft Computing Days“, a bilateral workshop China-Italy . We look forward to meeting you there.
