空集

空集合（英語：empty set）是不含任何元素的集合，數學符號為$\emptyset$、∅或{ }。

符號

空集符號源自北歐拉丁字母，不是希臘字母。

空集的標準符號由尼古拉·布爾巴基小組創造，寫作∅（$\varnothing$），首先見於他們在1939年出版的《數學原本卷一：集合論》（Éléments de mathématique. Livre 1. Théorie des ensembles. Fascicule de résultats）。這符號也可寫作$\emptyset$，有時候採用近似字符「Ø」，也可以使用大括號$\{\;\}$表示。

這符號源自北歐語言的拉丁字母「Ø」，但常被誤會為希臘字母「φ」。（φ有兩個寫法：小寫的$\varphi$和縮小了的大寫$\phi \,$，後者常被誤用為空集符號。$\phi \,$的中間為一長豎，中間的圈也較小，與$\varnothing$的斜線和大圓不同。）。

提出用北歐字母為符號的，是布爾巴基小組成員安德烈·韋伊。他在自傳寫道：

“

J'étais personnellement responsable de l'adoption du symbole Ø pour l'ensemble vide, ... Le Ø appartenait à l'alphabet norvégien, et j'étais seul dans Bourbaki à le connaître.

採用$\varnothing$符號表示空集，是我個人的責任，……$\varnothing$屬於挪威語的字母，在布爾巴基中只有我懂得。

”

空集符號∅的Unicode編碼為U+2205，TeX代碼是\emptyset或\varnothing（後者是AMS符號，很多人較喜歡後者的字形）。

性質

（這裡採用數學符號）。

• 對任意集合$A$，空集是$A$的子集；

  $\forall A:\varnothing \subseteq A$

• 對任意集合$A$，空集和$A$的併集為$A$：

  $\forall A:A\cup \varnothing =A$

• 對任意集合$A$，空集和$A$的交集為空集：

  $\forall A:A\cap \varnothing =\varnothing$

• 對任意集合$A$，空集和$A$的笛卡爾積為空集：

  $\forall A:A\times \varnothing =\varnothing$

• 空集的唯一子集是空集本身：

  $\forall A:A\subseteq \varnothing \Rightarrow A=\varnothing$

• 空集的冪集是僅包含空集的集合：

  $2^{\varnothing }=\left\{\varnothing \right\}$

• 空集的元素個數（即它的勢）為零；特別是，空集是有限的：

  $\mathrm {card} \left(\varnothing \right)=0$

集合論中，兩個集合相等，若它們有相同的元素；那麼僅可能有一個集合是沒有元素的，即空集是唯一的。

考慮空集為實數線（或任意拓撲空間）的子集，空集既是開集、又是閉集。空集的邊界點集合是空集，是它的子集，因此空集是閉集。空集的內點集合也是空集，是它的子集，因此空集是開集。另外，空集是緊緻集合，因為凡有限集合都是緊緻的。

空集的閉包是空集。

空集和0

根據定義，空集有0個元素，或者稱其勢為0。然而，這兩者的關係可能更進一步：在標準的自然數的集合論定義中，0被定義為空集。

常見問題

空集不是「無」；它是「內部」沒有元素的集合，但這個集合是「存在」的，即「有」這個集合。這通常是初學者的一個難點。可以將集合想象成一個裝有其元素的袋子──袋子可能是空的，但袋子本身確實是存在的。

有些人會想不通上述第一條性質，即空集是任意集合$A$的子集。按照子集的定義，這條性質是說$\left\{\right\}$的每個元素x都屬於$A$。若這條性質不為真，那{}中至少有一個元素不在$A$中。由於$\left\{\right\}$中沒有元素，也就沒有$\left\{\right\}$的元素不屬於$A$了，得到$\left\{\right\}$的每個元素都屬於$A$，即$\left\{\right\}$是$A$的子集。

空集的運算

空集（作為集合）上的運算也可能使人迷惑。（這是一種「空運算」。） 例如：空集元素的和為0（「空和」），而它們的積為1（見空積）。這可能看上去非常奇怪，空集中沒有元素，他們是怎麼相加和相乘的呢？ 最終，這些運算的結果更多被看成是運算的問題，而不是空集的。比如，可以注意到0是加法的單位元，而1是乘法的單位元。

公理化集合論

在諸如策梅洛-弗蘭克爾集合論的公理化集合論中，空集的存在性是由空集公理確定的。空集的唯一性由外延公理得出。

使用分類公理，任何陳述集合存在性的公理將隱含空集公理。例如：若$A$是集合，則分離公理允許構造集合$B=\left\{x\in A|x\neq x\right\}$，它就可以被定義為空集。

範疇論

若A為集合，則恰好存在一個從$\left\{\right\}$到$A$的函數$f$，即空函數。故此，空集是集合和函數的範疇的唯一初始對象。

空集只能通過一種方式轉變為拓撲空間，即通過定義空集為開集；這個空拓撲空間是有連續映射的拓撲空間的範疇的唯一初始對象。

哲學層面

儘管空集在數學中是一個標準，並被廣泛接受，仍然有人對它表示懷疑。

Jonathan Lowe認為，這一概念「無疑是數學歷史上的里程碑，……；不需要假設其在計算時的有效性要基於其確實表達了某些對象」，但在另一方面，「我們所知的空集只是它 (1)是個集合，(2)沒有元素，(3)在沒有元素的集合中唯一。然而，有很多東西『沒有元素』，在集合論角度而言，叫做非集合。為什麼它們沒有元素是顯而易見的，因為它們不是集合。不清楚的是，為什麼在集合中，沒有元素的集合是唯一的。僅僅通過約束是不可能將這麼一個實體變出來的。」

在"To be is to be the value of a variable…"，Journal of Philosophy，1984（在書Logic, Logic and Logic中再次發表）中，小George Boolos認為許多集合論中的結論，也可以透過對個體進行複數量化來得到，所以無需把集合具體化為包含其他實體作為元素的實體。