WikiDer > В порядке

Well-order

В математика, а в порядке (или же хороший порядок или же отношения хорошего порядка) на набор S это общий заказ на S с тем свойством, что каждый непустой подмножество из S имеет наименьший элемент в этом заказе. Набор S вместе с порядком связь тогда называется упорядоченный набор. В некоторых академических статьях и учебниках эти термины вместо этого пишутся как порядок, упорядоченный, и хороший порядок или же хорошо порядок, хорошо заказанный, и хорошо заказывая.

Каждый непустой упорядоченный набор имеет наименьший элемент. Каждый элемент s упорядоченного набора, кроме возможного величайший элемент, имеет единственного преемника (следующий элемент), а именно наименьший элемент из подмножества всех элементов больше, чем s. Помимо наименьшего элемента могут быть элементы, не имеющие предшественника (см. § Натуральные числа ниже для примера). В упорядоченном наборе S, каждое подмножество Т который имеет верхнюю границу, имеет наименьшая верхняя граница, а именно наименьший элемент из подмножества всех верхних границ Т в S.

Если ≤ - это нестрогий хороший порядок, то <- строгий порядок. Отношение является строго упорядоченным тогда и только тогда, когда оно обоснованный строгий общий порядок. Различие между строгими и нестрогими порядками скважин часто игнорируется, поскольку они легко взаимозаменяемы.

Каждый упорядоченный набор уникален порядок изоморфный уникальному порядковый номер, называется тип заказа хорошо упорядоченного набора. В теорема о хорошем порядке, что эквивалентно аксиома выбора, утверждает, что каждый набор можно хорошо заказать. Если набор хорошо упорядочен (или даже если он просто допускает обоснованные отношения), метод доказательства трансфинитная индукция может использоваться, чтобы доказать, что данное утверждение верно для всех элементов множества.

Наблюдение, что натуральные числа хорошо упорядочены с помощью обычного отношения меньше, чем обычно называют принцип хорошего порядка (для натуральных чисел).

Порядковые номера

Основная статья: Порядковый номер

Каждый упорядоченный набор уникален порядок изоморфный уникальному порядковый номер, называется тип заказа хорошо упорядоченного набора. Положение каждого элемента в упорядоченном наборе также задается порядковым номером. В случае конечного множества основная операция подсчет, чтобы найти порядковый номер определенного объекта или найти объект с определенным порядковым номером, соответствует присвоению порядковых номеров объектам один за другим. Размер (количество элементов, количественное числительное) конечного множества совпадает с порядковым типом. Подсчет в повседневном смысле обычно начинается с единицы, поэтому каждому объекту присваивается размер начального сегмента с этим объектом в качестве последнего элемента. Обратите внимание, что эти числа на единицу больше, чем формальные порядковые числа в соответствии с изоморфным порядком, потому что они равны количеству более ранних объектов (что соответствует отсчету от нуля). Таким образом, для конечных п, выражение "п-й элемент »хорошо упорядоченного набора требует, чтобы контекст знал, отсчитывается ли он от нуля или единицы. В обозначении« β-й элемент », где β также может быть бесконечным порядковым номером, он обычно будет отсчитываться от нуля.

Для бесконечного множества тип ордера определяет мощность, но не наоборот: хорошо упорядоченные множества определенной мощности могут иметь много различных типов порядка, см. раздел # Натуральные числа для простого примера. Для счетно бесконечный set, набор возможных типов ордеров даже неисчислим.

Примеры и контрпримеры

Натуральные числа

Стандартный заказ ≤ натуральные числа хорошо упорядочивает и имеет дополнительное свойство: каждое ненулевое натуральное число имеет уникального предшественника.

Другой хороший порядок натуральных чисел определяется тем, что все четные числа меньше, чем все нечетные числа, и обычное упорядочение применяется в пределах событий и шансов:

0 2 4 6 8 ... 1 3 5 7 9 ...

Это упорядоченное множество порядкового типа ω + ω. У каждого элемента есть преемник (нет самого большого элемента). У двух элементов нет предшественника: 0 и 1.

Целые числа

В отличие от стандартного заказа ≤ натуральные числа, стандартный порядок ≤ целые числа не является хорошим порядком, так как, например, набор отрицательный целые числа не содержат минимального элемента.

Следующее соотношение р пример правильного упорядочивания целых чисел: x R y если и только если выполняется одно из следующих условий:

  1. Икс = 0
  2. Икс положительный, и у отрицательный
  3. Икс и у оба положительны, и Икс ≤ у
  4. Икс и у оба отрицательны, и |Икс| ≤ |у|

Это отношение р можно представить себе следующим образом:

0 1 2 3 4 ... −1 −2 −3 ...

р изоморфен порядковый номер ω + ω.

Еще одно соотношение для правильного упорядочивания целых чисел - это следующее определение: Икс ≤z у если и только если (|Икс| < |у| или (|Икс| = |у| и Икс ≤ у)). Этот порядок скважин можно визуализировать следующим образом:

0 −1 1 −2 2 −3 3 −4 4 ...

Это тип заказа ω.

Реалы

Стандартный заказ ≤ любого реальный интервал это не лучший заказ, так как, например, открытый интервал (0, 1) ⊆ [0,1] не содержит наименьшего элемента. От ZFC аксиомы теории множеств (включая аксиома выбора) можно показать, что существует хороший порядок вещественных чисел. Также Вацлав Серпинский доказал, что ZF + GCH ( гипотеза обобщенного континуума) следует аксиома выбора и, следовательно, хороший порядок вещественных чисел. Тем не менее, можно показать, что одних аксиом ZFC + GCH недостаточно для доказательства существования определяемого (с помощью формулы) правильного порядка вещественных чисел.[1] Однако это согласуется с ZFC, что существует определяемый хороший порядок вещественных чисел - например, это согласуется с ZFC, что V = L, и из ZFC + V = L следует, что конкретная формула хорошо упорядочивает вещественные числа или любой набор.

Несчетное подмножество действительных чисел со стандартным порядком ≤ не может быть хорошим порядком: предположим, Икс это подмножество р хорошо упорядочено по ≤. Для каждого Икс в Икс, позволять s(Икс) быть преемником Икс в ≤ заказ на Икс (пока не Икс последний элемент Икс). Позволять А = { (Икс, s(Икс)) | Икс ∈ Икс }, элементами которого являются непустые и непересекающиеся интервалы. Каждый такой интервал содержит хотя бы одно рациональное число, поэтому существует инъективная функция из А к Q. Есть укол от Икс к А (кроме, возможно, последнего элемента Икс который позже может быть сопоставлен с нулем). А как известно, есть укол от Q к натуральным числам (которые можно выбрать, чтобы избежать попадания в ноль). Таким образом происходит укол от Икс к натуральным числам, что означает, что Икс счетно. С другой стороны, счетно бесконечное подмножество вещественных чисел может быть или не быть хорошим порядком со стандартным «≤». Например,

  • Натуральные числа являются хорошим порядком при стандартном порядке ≤.
  • Множество {1 / n: n = 1,2,3, ...} не имеет наименьшего элемента и поэтому не является хорошим порядком при стандартном порядке ≤.

Примеры заказов скважин:

  • Набор чисел {- 2−п | 0 ≤ п <ω} имеет порядковый тип ω.
  • Набор чисел {- 2−п − 2−м−п | 0 ≤ м,п <ω} имеет вид заказа ω². Предыдущий набор - это набор предельные точки в наборе. В наборе действительных чисел, либо с обычной топологией, либо с топологией порядка, 0 также является предельной точкой набора. Это также предельная точка множества предельных точек.
  • Набор чисел {- 2−п | 0 ≤ п <ω} ∪ {1} имеет порядковый тип ω + 1. С топология заказа этого множества, 1 - предельная точка множества. С обычной топологией (или, что эквивалентно, топологией порядка) действительных чисел это не так.

Эквивалентные составы

Если набор полностью заказанный, то следующие эквивалентны друг другу:

  1. Набор хорошо заказан. То есть каждое непустое подмножество имеет наименьший элемент.
  2. Трансфинитная индукция работает для всего заказанного набора.
  3. Каждая строго убывающая последовательность элементов множества должна завершаться только после конечного числа шагов (при условии аксиома зависимого выбора).
  4. Каждый подзаказ изоморфен начальному сегменту.

Топология заказа

Каждый упорядоченный набор можно превратить в топологическое пространство наделив его топология заказа.

В этой топологии могут быть два типа элементов:

  • изолированные точки - это минимум и элементы с предшественником.
  • предельные точки - этот тип не встречается в конечных множествах и может встречаться или не встречаться в бесконечном множестве; бесконечные множества без предельной точки - это множества порядка типа ω, например N.

По подмножествам мы можем выделить:

  • Подмножества с максимумом (то есть подмножества, которые ограниченный сами); это может быть отдельная точка или предельная точка всего множества; в последнем случае это может быть или не быть также предельной точкой подмножества.
  • Подмножества, которые не ограничены сами по себе, но ограничены во всем наборе; у них нет максимума, но есть супремум вне подмножества; если подмножество не пусто, этот супремум является предельной точкой подмножества, а следовательно, и всего множества; если подмножество пусто, этот супремум является минимумом всего набора.
  • Подмножества, неограниченные во всем наборе.

Подмножество финальный во всем наборе тогда и только тогда, когда он неограничен во всем наборе или имеет максимум, который также является максимумом всего набора.

Хорошо упорядоченное множество как топологическое пространство - это место с первым счетом тогда и только тогда, когда он имеет тип порядка меньше или равный ω1 (омега-один), то есть тогда и только тогда, когда множество счетный или имеет самый маленький бесчисленный тип заказа.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Феферман, С. (1964). «Некоторые приложения понятий принуждения и общих множеств». Fundamenta Mathematicae. 56 (3): 325–345.