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  • 2022-10-12 03:08:26
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Mahlo 基数

在数学中,Mahlo 基数是某种大基数。Mahlo 基数首先由Paul Mahlo ( 1911 , 1912 , 1913 ) 描述。与所有大基数一样,ZFC 无法证明这些 Mahlo 基数变种存在(假设 ZFC 是一致的)。

一个基数 κ 被称为强 Mahlo如果 κ 是强不可达且集合 U = { λ < κ ∣ λ is strongly inaccessible } 在 κ 中是静止的。

基数 κ 被称为弱 Mahlo如果 κ 是弱不可达且弱不可达基数集小于 κ 是静止的 κ .

“Mahlo 基数”一词现在通常意味着“强 Mahlo 基数”,儘管 Mahlo 最初考虑的大基数是弱 Mahlo 基数。

Mahlo 基数的最小充分条件

如果 κ 是极限序数并且小于 κ 的规则序数集在 κ 中是静止的,则 κ 是弱 Mahlo。

证明这一点的主要困难是证明 κ 是规则的。我们将假设它不是规则的,并构造一个club set,它给我们一个 μ,使得:

μ = cf(μ) < cf(κ) < μ < κ 这是一个矛盾。

如果 κ 不规则,则 cf(κ) < κ。我们可以选择一个严格递增且连续的 cf(κ)-序列,该序列以 cf(κ)+1 开始,并以 κ 为极限。该序列的限制将是 κ 中的club set。所以在这些限制中必须有一个规则的 μ。所以 μ 是 cf(κ) 序列的初始子序列的极限。因此,它的共定性小于 κ 的共定性,同时又大于它;这是一个矛盾。因此,κ 不规则的假设一定是错误的,即 κ 是规则的。

下面不能存在静止集 ℵ₀ 具有所需属性,因为 {2,3,4,...} 是 ω 中的俱乐部,但不包含正则序数;所以 κ 是不可数的。这是常规大基数的常规限制;所以它是弱不可达的。然后使用低于 κ 的不可数极限基数集作为club set,以表明可以假设静止集由弱不可达集组成。

如果 κ 是弱 Mahlo 并且也是一个强极限,那麽 κ 是 Mahlo。

κ 是弱不可达和强限制,所以它是强不可达的。

我们证明了低于 κ 的不可数强极限基数的集合是 κ 中的club set。令μ 0为阈值和ω 1中的较大者。对于每个有限 n,令 μ n+1 = 2 μ n小于 κ,因为它是一个强极限基数。那麽它们的极限是一个强极限基数,并且根据其规律性小于 κ。不可数强极限基数的极限也是不可数强极限基数。所以它们的集合是 κ 中的club set。将该club set与小于 κ 的弱不可达基数的静止集相交,以获得小于 κ 的强不可达基数的静止集。

示例:显示 Mahlo 基数 κ 是 κ 不可达的(超不可达)

术语“超不可达”是模棱两可的。在本节中,如果基数 κ 是 κ 不可达的(与更常见的 1 不可达的含义相反),则它被称为超不可达。

假设 κ 是 Mahlo。我们通过对 α 的超限归纳来证明对于任何 α ≤ κ , κ 是 α 不可达的。因为 κ 是 Mahlo,所以 κ 是不可达的;因此0-不可达,这是同一回事。

如果 κ 是 α 不可达的,那麽存在任意接近 κ 的 β 不可达(对于 β < α)。考虑大于某个阈值但小于 κ 的此类 β-不可达的同时限制的集合。它在 κ 中是无界的(想像在 β < α ω 次的情况下旋转通过 β 不可达项,每次选择一个更大的基数,然后按规律取小于 κ 的极限(如果 α ≥ κ 则失败))。它是封闭的,所以它是 κ 中的club set。因此,根据 κ 的 Mahlo-ness,它包含一个不可达的。那个不可达实际上是一个α-不可访问。所以 κ 是 α+1-不可达的。

如果 λ ≤ κ 是极限序数并且 κ 对于所有 α < λ 是 α 不可达的,那麽对于某些 α < λ,每个 β < λ 也小于 α。所以这个案子是微不足道的。特别是, κ 是 κ 不可达的,因此是超不可达的。

为了证明 κ 是超不可达的极限,因此是 1-超不可达,我们需要证明对于每个 α < μ 都是 α 不可达的基数 μ < κ 的对角线集是 κ 中的club set。选择一个高于阈值的 0-inaccessible,称之为 α 0。然后选择一个 α 0 -inaccessible,称它为 α 1. 不断重複这一点并在极限处取极限,直到达到一个固定点,称之为 μ。那麽 μ 具有所需的属性(对于所有 α < μ 的 α 不可访问的同时限制)并且按规律小于 κ。此类基数的极限也有性质,所以它们的集合是 κ 中的club set。根据 κ 的 Mahlo-ness,在这个集合中有一个不可达基数并且它是超不可达的。所以 κ 是 1-hyper-inaccessible。我们可以将这个相同的club set与小于 κ 的静止集相交,得到一组小于 κ 的超不可达的静止集。

κ 是 α 超不可达的证明的其馀部分模彷了它是 α 不可访问的证明。所以 κ 是超超不可达的,等等。

α-Mahlo、hyper-Mahlo 和极大 Mahlo 基数

术语 α-Mahlo 是模棱两可的,不同的作者给出了不等价的定义。一个定义是,对于某个序数 α,基数 κ 被称为 α-Mahlo,如果 κ 是强不可达的,并且对于每个序数 β

基数 κ极大地是 Mahlo或κ + -Mahlo当且仅当它不可达并且在 Mahlo 运算下闭合的 κ 的幂集上存在正常(即非平凡且在对角线交点下闭合)κ-完全滤波器,它将序数集S映射到 {α ∈ S : α 具有不可数的共尾性并且 S∩α 在 α 中是平稳的}

如果我们将宇宙替换为内部模型,则保留了不可接近、Mahlo、弱 Mahlo、α-Mahlo、极大 Mahlo 等特性。

每个反射基数都比一个大的 Mahlo 严格地具有更多的一致性强度,但不可达的反射基数不是一般的 Mahlo

Mahlo

如果X是一类序数,我们可以形成一类新的序数M ( X ),由不可数共尾的序数 α 组成,使得 α∩ X在 α 中是静止的。这种操作M称为Mahlo 操作。它可以用来定义 Mahlo 基数:例如,如果X是常规基数的类,则M ( X ) 是弱 Mahlo 基数的类。α具有不可数共尾性的条件保证了α的封闭无界子集在交集下是封闭的,从而形成一个过滤器;在实践中X的元素通常已经有不可数的共定性,在这种情况下,这个条件是多馀的。一些作者添加了 α 在X中的条件,这在实践中通常没有什麽区别,因为它通常是自动满足的。

对于固定的规则不可数基数 κ,Mahlo 运算会在 κ 的所有子集的布尔代数上以非平稳理想为模进行运算。

Mahlo 操作可以如下进行超限迭代:

M0 ( X ) = X

M α+1 ( X ) = M ( M α ( X ))

如果 α 是极限序数,则M α ( X ) 是M β ( X ) 的交集,因为 β

这些迭代的 Mahlo 操作产生 α-Mahlo 基数类,从强不可达基数类开始。

也可以通过定义对这个过程进行对角化

M Δ ( X ) 是在M β ( X ) 中对于 β

当然,这个对角化过程也可以迭代。对角化 Mahlo 运算产生超 Mahlo 基数,依此类推。

Mahlo 基数和反射原理

公理 F 是关于序数上的每个正规函数都有一个固定不动点的陈述。(这不是一阶公理,因为它量化了所有正规函数,因此可以将其视为二阶公理或公理方案。)如果基数上的每个正规函数都有一个正则,则称为 Mahlo不动点,所以公理 F 在某种意义上说所有序数的类是 Mahlo。基数 κ 是 Mahlo 当且仅当公理 F 的二阶形式在V κ中成立。公理 F 反过来等价于以下陈述:对于任何带参数的公式 φ,存在任意大的不可达的序数 α,使得V α反映 φ(换句话说,φ 在V α中成立)当且仅当它在整个宇宙中成立)

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