46 votos

¿Hasta qué punto es útil el análisis no estándar?

Por lo tanto, puedo entender cómo análisis no estándar es mejor que el análisis estándar en el sentido de que algunas pruebas se simplifican, y los infinitesimales son de alguna manera más intuitivos de entender que los argumentos épsilon-delta (ambos puntos son discutibles).

Sin embargo, aunque muchos teoremas se han demostrado mediante análisis no estándar y se han transferido a través de la principio de transferencia que yo sepa, ya se sabía que todos estos resultados eran ciertos. Por lo tanto, mi pregunta es:

¿Hay algún ejemplo de un resultado primero ¿se ha demostrado mediante un análisis no estándar? A saber, ¿es realmente útil el análisis no estándar para demostrar nuevo ¿teoremas?

Editar : Debido al apoyo abrumador al comentario de François, he cambiado el título de la pregunta en consecuencia.

15voto

thedeeno Puntos 12553

Las otras respuestas son excelentes, pero permítanme añadir un par de puntos.

En primer lugar, con una perspectiva histórica, todos los primeros teoremas fundamentales del cálculo se demostró por primera vez a través de métodos el uso de infinitesimals, en lugar de por el uso de métodos de epsilon-delta argumentos, ya que los métodos no aparecen hasta el siglo xix. El cálculo se procedió para siglos en el infinitesimal de la fundación, y de los primeros argumentos---cualquiera que sea su nivel de rigor---están más cerca de sus modernas análogos en el análisis no estándar de sus modernas análogos en epsilon-delta métodos. En este sentido, uno podría razonablemente responder a su pregunta por apuntando a cualquiera de estos primeros teoremas fundamentales.

Para estar seguro, el epsilon-delta métodos surgió en parte porque los matemáticos se convirtió seguro fundamental de la validez de infinitesimals. Pero ya no estándar de análisis de exactamente proporciona la falta de legitimidad, la motivación original para la adopción de epsilon-delta argumentos aparece a caer.

Segundo, si bien es cierto que casi cualquier aplicación de no estándar de análisis en análisis puede llevarse a cabo utilizando métodos estándar, lo contrario también es cierto. Es decir, epsilon-delta argumentos a veces también puede ser traducido en no estándar de análisis. Además, alguien planteó con no estándar de análisis en sus matemático infancia probablemente prefieran las cosas de esta manera. En este sentido, la la preferencia entre los dos métodos pueden ser cultural de crianza.

Por ejemplo, H. Jerome Keisler escribió un introductorios de cálculo libro de texto llamados Elementales de Cálculo: un infinitesimal enfoque, y el este texto fue utilizado durante muchos años como el principal cálculo libro de texto en la Universidad de Wisconsin, Madison. Yo animo a echar un vistazo a este interesante texto, que a primera vista parece como un ordinario cálculo de libros de texto, salvo que en el interior de la cubierta, junto a los diversos las fórmulas para las derivadas e integrales, también hay lista de diversas reglas para el manejo de infinitesimals, que rellenar el texto. Kiesler escribe:

Este es un libro de texto de cálculo en el Primer año en la universidad nivel basado en Abraham Robinson infinitesimals, que fecha a partir de 1960. Robinson moderno infinitesimal enfoque pone las ideas intuitivas de los fundadores del cálculo en un matemáticamente buen pie, y es más fácil para a los principiantes a entender que el enfoque más común a través de límites.

Finalmente, en tercer lugar, algunos pueden tomar su pregunta a suponer que un propósito central de análisis no estándar es proporcionar aplicaciones en el análisis. Pero esto no es correcto. El concepto de modelos no estándar de la aritmética, de análisis y de la teoría de conjuntos surgió en la lógica matemática y ha crecido en todo el campo, con cientos de artículos y muchos los libros, con sus propios problemas y preguntas y métodos, muy divorciada de cualquier aplicación de los métodos en otros partes de las matemáticas. Por ejemplo, el tema de los Modelos de de Aritmética se centra en la comprensión de los modelos no estándar de la primer fin de Axiomas de Peano, y tiene poco sentido el análisis de estos modelos utilizando sólo los métodos estándar.

Para mencionar sólo algunos fascinante clásicos teoremas: cada contables modelo no estándar de la aritmética es isomorfo a una adecuada segmento inicial de la misma (H. Friedman). En virtud de la Hipótesis continua, cada Scott conjunto (una familia de conjuntos de números naturales cerrado bajo las operaciones Booleanas, Turing reducibilidad y la satisfacción de Konig del lema) es el colección de definibles conjuntos de números naturales de algunos no estándar del modelo de la aritmética (D. Scott y otros). No hay ningún modelo no estándar de la aritmética para que la suma o la multiplicación es computable (S. Tennenbaum). No estándar de los modelos de la aritmética también fueron se utiliza para probar varios fascinante independencia de los resultados a lo largo de PA, tales como los resultados en Goodstein secuencias, así como la París-Harrington teorema en el la independencia más que la PA de un fuerte teorema de Ramsey. Otro interesante resultado muestra que las diversas formas de la encasillar a principio son no equivalente más débil de la base de teorías; por ejemplo, la débil pigeon-hole principio de que no hay bijection de n a 2n no es comprobable sobre la base de la teoría de los más débiles principio de que no hay bijection de n con n2. Estas pruebas hacen fundamental el uso de no estándar métodos, que parece difícil o imposible omitir o traducir a los métodos estándar.

10voto

Marcel Puntos 882

Los cascos no estándar de espacios se utilizan todo el tiempo en la teoría de espacios de Banach, hasta el punto de que los libros dedican secciones a la construcción de ultraproductos de espacios de Banach (por ejemplo, Absolutely summing operators de Diestel, Jarchow y Tonge). Hay casos en los que la NSA se utiliza para demostrar la existencia de una estimación, pero nadie sabe cómo calcularla directamente. Por ejemplo, la constante incondicional de cualquier base para el tramo de los primeros n vectores base unitarios en el espacio de James de secuencias de variación cuadrática acotada debe llegar a infinito, pero la única prueba conocida implica NSA.

3voto

w4ik Puntos 841

Primero me entendieron lo que el Thurston-tipo-compactification del espacio adecuadamente estrictamente convexa real proyectivas de estructuras en una superficie cerrada fue el uso de métodos no estándar. Lo que había sido turbio y confuso de repente estaba claro. He luchado con la cuestión de si el uso o no uso de la NSA en la prueba escrita. Es mucho más fácil el uso de la NSA, creo que vamos.

1voto

Philip Ehrlich Puntos 1524

En 1986, C. Ward Henson y H. J. Keisler publicaron "On the Strength of Nonstandard Analysis" (The Journal of Symbolic Logic, Vol. 51, No. 2 (Jun., 1986), pp. 377-386), que constituye una contribución fundamental a las metamatemáticas del análisis no estándar. Dado que su resultado tiene que ver directamente con el tema de este hilo, que se ha reabierto después de permanecer inactivo durante algún tiempo, y puesto que en el hilo original no se hace referencia a su trabajo, me tomo la libertad de citar la introducción del importante artículo de Henson y Keisler (que creo que es tan actual hoy como cuando se publicó).

A menudo se afirma en la literatura que cualquier teorema que pueda demostrarse utilizando análisis no estándar también puede demostrarse sin él. El objetivo de este artículo es demostrar que esta afirmación es errónea y que, de hecho, hay teoremas que pueden demostrarse con análisis no estándar pero que no pueden demostrarse sin él. Actualmente existe una gran confusión entre los matemáticos porque la afirmación anterior puede interpretarse de dos maneras diferentes. En primer lugar, existe la siguiente afirmación correcta: cualquier teorema que pueda demostrarse utilizando el análisis no estándar puede demostrarse en la teoría de conjuntos de Zermelo-Fraenkel con elección, ZFC, y por tanto es aceptable según los estándares contemporáneos como teorema en matemáticas. En segundo lugar, está la conclusión errónea que sacan los escépticos: cualquier teorema que pueda demostrarse utilizando el análisis no estándar puede demostrarse sin él, y por tanto no hay necesidad del análisis no estándar. La razón de esta confusión es que el conjunto de principios que acepta la matemática actual, es decir, ZFC, es mucho más fuerte que el conjunto de principios que se utilizan realmente en la práctica matemática. Se ha observado (véanse [F] y [S]) que casi todos los resultados de las matemáticas clásicas utilizan métodos disponibles en la aritmética de segundo orden con esquemas de axiomas de comprensión y elección adecuados. Esto sugiere que la práctica matemática suele tener lugar en una extensión conservadora de algún sistema de aritmética de segundo orden, y que es difícil utilizar los niveles superiores de conjuntos. En este trabajo consideraremos sistemas de análisis no estándar consistentes en aritmética no estándar de segundo orden con principios de saturación (que se utilizan frecuentemente en la práctica en argumentos no estándar). Demostraremos que el análisis no estándar (es decir, la aritmética no estándar de segundo orden) con la $\omega_{1}$ -el esquema del axioma de saturación tiene la misma fuerza que la aritmética de tercer orden. Esto demuestra que, en principio, hay teoremas que pueden demostrarse con análisis no estándar, pero que no pueden demostrarse con los métodos estándar habituales. El problema de encontrar un ejemplo específico y matemáticamente natural de un teorema de este tipo sigue abierto. Sin embargo, hay varios resultados, en particular en teoría de la probabilidad, cuyas únicas demostraciones conocidas son argumentos no estándar que dependen de principios de saturación; véase, por ejemplo, la monografía [Ke]. La experiencia sugiere que es más fácil trabajar con objetos no estándar a un nivel inferior que con conjuntos a un nivel superior. Esto explica el éxito de los métodos no estándar a la hora de descubrir nuevos resultados. En resumen, el análisis no estándar sigue teniendo lugar dentro de ZFC, pero en la práctica utiliza una porción mayor de ZFC completa que la que se utiliza en las demostraciones matemáticas estándar.

[S. FEFERMAN. Theories of finite type related to mathematical practice, Handbook of mathematical logic (J. Barwise, editor), North-Holland, Amsterdam, .1977, pp. 913-971.

[Ke] H. J. KEISLER, An infinitesimal approach to stochastic analysis, Memoirs of the American Mathematical Society, nº 297 (1984).

[S] S. SIMPSON, ¿Qué axiomas de existencia de conjuntos se necesitan para demostrar el teorema de Cauchy/Peano para ecuaciones diferenciales ordinarias? JSL, vol. 49 (1984), pp. 783-802.

Quizá merezca la pena añadir que Keisler (aprovechando el trabajo de Avigad) publicó posteriormente una continuación de su artículo con Henson en la que introduce lo que podría considerarse un sistema de Matemáticas Inversas para el análisis no estándar con la esperanza de poder establecer la fuerza de determinados teoremas demostrados utilizando el análisis no estándar. (Véase "The Strength of Nonstandard Analysis", de H.J. Keisler, en The Strength of Nonstandard Analysis, ed., por imme van den berg y H.J. Keisler). Por imme van den berg y vitor nervios, Springer, 2007).

0voto

Rakesh Juyal Puntos 203

Desde el Artículo de Wikipedia :

la lista de nuevas aplicaciones en matemáticas sigue siendo muy reducida. Un de estos resultados es la t por Abraham Robinson y Allen Bernstein t compacto sobre un espacio de Hilbert tiene un subespacio invariante. En leer un preprint del Bernstein-Robinson, P reinterpretó su prueba utilizando técnicas estándar . Ambos documentos aparecieron consecutivamente en t número del Pacific Journal of Matemáticas . Algunas de las ideas utilizadas en prueba de Halmos reaparecieron muchos años años después en los trabajos de Halmos sobre operadores cuasi triangulares.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X