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!
\endgroup
1
最佳答案
2
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(X,≤ )(X,≤)(X,\leq)是一个有序集合。我们定义零零\textbf{zero}的XXX
0_X:=\min(X).
让磷磷\mathcal{P}是可以通过以下元素满足的属性XXX。 如果x∈XX∈Xx\in X满足磷磷\mathcal{P}, 我们写磷(X )磷(X)\mathcal{P}(x)。 如果XXx不能满足磷磷\mathcal{P}我们写¬ P(X )¬磷(X)\neg \mathcal{P}(x)以下定理成立
归纳原理:
如果磷(0X)磷(0X)\mathcal{P}(0_X)并且以下推论成立
(页(是) 对任意 y< x)⇒ P(X )(磷(是) 对于任意 是<X)⇒磷(X)(\mathcal{P}(y)\text{ for any $y<x$})\Rightarrow \mathcal{P}(x)
对于任意x∈XX∈Xx\in X, 然后磷(X )磷(X)\mathcal{P}(x)对于任意x∈XX∈Xx\in X
证明:通过反证,我们假设¬ P(X′)¬磷(X′)\neg \mathcal{P}(x’)对于一些X′∈XX′∈Xx’\in X。因此以下集合非空
I:=\{x\in X:\neg \mathcal{P}(x)\}=\{x\in X \text{ that don’t satisfy $\mathcal{P}$}\}
自从我≠ ∅我≠∅I\neq \varnothing和≤≤\leq是良序的,我们可以定义
x_{\text{min}}:=\min(I).
自从X分钟=分钟(我)X分钟=分钟(我)x_{\text{min}}=\min(I),我们有磷(是)磷(是)\mathcal{P}(y)对于任意是<X分钟是<X分钟y<x_{\text{min}}。那么根据我们的假设,我们有磷(X分钟)磷(X分钟)\mathcal{P}(x_{\text{min}}). 这是矛盾的,因为¬ P(X分钟)¬磷(X分钟)\neg\mathcal{P}(x_{\text{min}}), 自从X分钟∈我X分钟∈我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(X,≤ )(X,≤)(X,\leq)是一个偏序集,并且归纳原理适用于(X,≤ )(X,≤)(X,\leq)。
相反,我们假设≤≤\leq不是良序的;所以有一个非空子集J⊆ XJ⊆XJ\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。
让磷J磷J\mathcal{P}_J属于“不属于JJJ“:
\mathcal{P}_J(x)\overset{\text{def}}{\iff} x\notin J.
清楚地磷J(0X)磷J(0X)\mathcal{P}_J(0_X), 否则0X0X0_X至少是JJJ。
此外,如果x∈XX∈Xx\in X和磷J(是)磷J(是)\mathcal{P}_J(y)对于任意是< x是<Xy<x, 然后磷J(X )磷J(X)\mathcal{P}_J(x)。事实上,如果矛盾的是x∈JX∈Jx\in J和是∉是∉Jy\notin J对于任意是< x是<Xy<x, 然后XXx至少是JJJ。
自从磷J磷J\mathcal{P}_J满足归纳原理的假设,我们有磷J(X )磷J(X)\mathcal{P}_J(x)对于任意x∈XX∈Xx\in X。 所以x∉JX∉Jx\notin J对于任意 x∈XX∈Xx\in X。 自从J⊆ XJ⊆XJ\subseteq X,这意味着J= ∅J=∅J=\varnothing。这是矛盾的,因为JJJ非空。 □ ◻\ \ \ \square
\endgroup
1
-
\begingroup
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。
\endgroup
–
|
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 ,…0,1,。。。0,1,…,都是从地面往上建造的。
\endgroup
|
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!
\endgroup
–
|