¿No necesitamos el axioma de conjunto vacío en ZF?

Correcto. Es una omisión en la teoría de conjuntos de Zermelo-Fraenkel descrita en Wikipedia. Otras versiones tienen un axioma de conjunto vacío, pero parece ser un punto de controversia menor. (Consulte la discusión adjunta al artículo. Haga clic en la pestaña Hablar).

Incluso si se supone un universo no vacío en la lógica subyacente (FOL), debe definir formalmente el símbolo [math] \ emptyset [/ math] utilizado en el Axioma del Infinito. No es suficiente llamarlo informalmente “el conjunto vacío”.

Si asume un universo no vacío, puede probar la existencia de un conjunto [matemático] S [/ matemático] y un subconjunto vacío [matemático] e [/ matemático] de [matemático] S [/ matemático] utilizando la Especificación ( Comprensión). Luego, utilizando Extensionality, puede probar todos los conjuntos vacíos a la misma. Pero esto todavía no definiría formalmente el símbolo [math] \ emptyset [/ math] utilizado como una constante en el Axioma del Infinito. Eso requeriría otro axioma como en Zermelo-Fraenkel Set Theory en SEP. Pero incluso eso es un poco ondulado en mi opinión. Realmente necesitas algo como:

[matemáticas] \ forall x: x \ notin \ emptyset [/ math]

O el Axioma del Infinito debería modificarse a lo largo de las líneas de:

[matemáticas] \ existe X: \ exist \ emptyset: [\ emptyset \ in X \ land \ forall a: [a \ notin \ emptyset] \ cdots] [/ math]

o como se ha sugerido en otro foro:

[matemáticas] \ existe X: [\ exist \ emptyset: [\ emptyset \ in X \ land \ forall a: [a \ notin \ emptyset]] \ cdots] [/ math]

Los axiomas que comienzan con un cuantificador universal se satisfacen [por vacío] con un modelo vacío. Por lo tanto, cada conjunto interesante de axiomas necesita un axioma existencial. Una constante también funcionará, ya que se necesita algo en el modelo para interpretar la constante.

Amit dio la respuesta correcta, por lo que lo anterior es solo un comentario relevante.

ZF incluye el axioma del infinito, que postula la existencia de un conjunto infinito. Una vez que tenga al menos un conjunto, puede usar la comprensión para demostrar la existencia de un conjunto vacío.