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我研究集合论已经有一段时间了。我理解什么是有序集,但我仍然不明白数学家发明这些概念的动机是什么。

您能给我一些启发吗?非常感谢!

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    在学习集合论时,当你遇到一些有趣的定理,并且看到使用良序概念的证明时,你应该尝试看看该定理如何在不使用那个概念的情况下工作。当你在不使用该概念的情况下获得证明时,良序概念就没有必要了(至少在这里),你可以正确地拒绝它。当你挣扎了几个月(几年)却没有替代证明时,这本身就是良序概念的动机!
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最佳答案
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良序集的主要特性之一是我们可以对它们进行归纳论证。设XX(X,\leq)是一个有序集合。我们定义\textbf{zero}XXX

0X=最小值X0X:=分钟X

0_X:=\min(X).
\mathcal{P}是可以通过以下元素满足的属性XXX。 如果x∈XXXx\in X满足\mathcal{P}, 我们写X X\mathcal{P}(x)。 如果XXx不能满足\mathcal{P}我们写¬ PX ¬X\neg \mathcal{P}(x)以下定理成立

归纳原理:
如果
0X0X\mathcal{P}(0_X)并且以下推论成立

) 对任意 y< x PX  对于任意 <XX

(\mathcal{P}(y)\text{ for any $y<x$})\Rightarrow \mathcal{P}(x)
对于任意
x∈XXXx\in X, 然后X X\mathcal{P}(x)对于任意x∈XXXx\in X

证明:通过反证,我们假设¬ PX¬X\neg \mathcal{P}(x’)对于一些X∈XXXx’\in X。因此以下集合非空

: = { x X: ¬ Px } = { x∈X 不满足 P}:={XX¬X}={XX 不能满足 }

I:=\{x\in X:\neg \mathcal{P}(x)\}=\{x\in X \text{ that don’t satisfy $\mathcal{P}$}\}
自从
I\neq \varnothing\leq是良序的,我们可以定义

X分钟: =分钟X分钟:=分钟

x_{\text{min}}:=\min(I).
自从
X分钟=分钟X分钟=分钟x_{\text{min}}=\min(I),我们有\mathcal{P}(y)对于任意<X分钟<X分钟y<x_{\text{min}}。那么根据我们的假设,我们有X分钟X分钟\mathcal{P}(x_{\text{min}}). 这是矛盾的,因为¬ PX分钟¬X分钟\neg\mathcal{P}(x_{\text{min}}), 自从X分钟X分钟x_{\text{min}}\in I      \ \ \ \square

“归纳原理”是良序集概念背后的主要动机。事实上,以下(甚至更强的)结果成立。

“归纳原理”当且仅当该秩序是良序时才成立。

证明:我们已经证明,如果我们有一个良序,那么归纳原理就成立。

反之亦然,我们假设XX(X,\leq)是一个偏序集,并且归纳原理适用于XX(X,\leq)

相反,我们假设\leq不是良序的;所以有一个非空子集JXJXJ\subseteq X没有最低限度。

首先,XXX必须至少有0X0X0_X,否则感应原理就完全没有意义了。

JJ\mathcal{P}_J属于“不属于JJJ“:

JX 定义x∉JJX定义XJ

\mathcal{P}_J(x)\overset{\text{def}}{\iff} x\notin J.
清楚地
J0XJ0X\mathcal{P}_J(0_X), 否则0X0X0_X至少是JJJ

此外,如果x∈XXXx\in XJJ\mathcal{P}_J(y)对于任意< x<Xy<x, 然后JX JX\mathcal{P}_J(x)。事实上,如果矛盾的是x∈JXJx\in JJy\notin J对于任意< x<Xy<x, 然后XXx至少是JJJ

自从JJ\mathcal{P}_J满足归纳原理的假设,我们有JX JX\mathcal{P}_J(x)对于任意x∈XXXx\in X。 所以x∉JXJx\notin J对于任意 x∈XXXx\in X。 自从JXJXJ\subseteq X,这意味着J= J=J=\varnothing。这是矛盾的,因为JJJ非空。      \ \ \ \square

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    这是一个很好的答案,但我认为你应该删除所有出现的0X0X0_X,它们是不必要的。
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许多数学证明都依赖于最小值的概念。然而,这个概念只在某些情况下有意义。良序集是一个完全有序集,其中最小值的概念通常是有意义的,因为任何非空子集都有一个最小元素。之所以选择最小值而不是最大值,是因为数学对象,比如自然数0,1 010,1,…,都是从地面往上建造的。

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