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¿Prueba ZFC que el universo es linealmente ordenable?

Es coherente con la ZFC que el universo esté bien ordenado, por ejemplo en $V=L$ donde la elección global se mantiene. También sé que es consistente que la elección global falle (aunque no tengo ningún ejemplo inmediato de la parte superior de mi cabeza).

Sin embargo, se puede intentar plantear una pregunta un poco más débil, al igual que el axioma de elección implica que todo conjunto puede ser ordenado linealmente, pero la implicación inversa falla; ¿es lo mismo con la elección global? La respuesta inmediata es sí, es consistente que el universo pueda estar ordenado linealmente pero el axioma de elección falla y por lo tanto la elección global tiene que fallar también. Pero, ¿hasta dónde se puede llevar esto?

¿Podemos construir un modelo de ZFC en el que se cumpla el axioma de la elección, pero no haya un ordenamiento lineal del universo? ¿O acaso ZFC demuestra que el universo está ordenado linealmente?

Uno esperaría que lo hiciera, porque si asumimos AC entonces los conjuntos de ordinales ya deciden el universo en su forma completa, y los conjuntos de ordinales siempre pueden ser ordenados linealmente por: $$A\prec B\iff\min (A\triangle B)\in A.$$ (donde $\triangle$ denota la diferencia simétrica).

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thedeeno Puntos 12553

Actualización. He reparado el argumento. La idea era utilizar el análogo de los argumentos habituales no CA, pero utilizando un forzamiento de clase en lugar de sólo reales de Cohen.

Teorema. Cada modelo de ZFC tiene una extensión de forzamiento de clase que es un modelo de ZFC, en el que no existe un ordenamiento lineal global de clase del universo que sea definible a partir de los parámetros.

Prueba. Sea $\mathbb{P}$ ser la clase de apoyo de Easton forzando producto $\mathbb{P}=\Pi_{\gamma\text{ reg}}\text{Add}(\gamma,\gamma\cdot 2)$ que obliga a añadir $\gamma\cdot 2$ muchos subconjuntos de Cohen a cada regular incontable cardinal $\gamma$ (esto es, por supuesto, isomorfo a la adición de uno). Supongamos que $G\subset\mathbb{P}$ es $V$ -genérico, y considerar el extensión $V[G]$ . Los argumentos estándar de forzamiento muestran que $V[G]$ es un modelo de ZFC, y en particular, del axioma de elección.

Mientras tanto, afirmo que no hay una clase de ordenación lineal global de $V[G]$ que es definible en el lenguaje de la teoría de conjuntos en $V[G]$ utilizando parámetros. Supongamos que lo hubiera, y que $\psi(x,y,z)$ es una fórmula forzada por una condición $q\in G$ a definir un orden lineal cuando se utiliza con el parámetro nombrado por $\dot z$ . Sea $\gamma$ ser un cardenal regular muy por encima del soporte de $q$ y cualquiera de las condiciones que aparecen en $\dot z$ . El forzamiento en la etapa $\gamma$ ha añadido los conjuntos mutuamente genéricos $g_\alpha$ para $\alpha\lt\gamma+\gamma$ . Sea $A$ sea el conjunto de todos los $g_\alpha$ del primer bloque, es decir, para $\alpha\lt\gamma$ y que $B$ sea el conjunto de $g_\beta$ del segundo bloque, para $\gamma\leq\beta\lt\gamma+\gamma$ . Fijar la correspondiente canónica nombres $\dot A$ y $\dot B$ como se desprende de $\dot G$ . Supongamos sin pérdida de generalidad que $A$ precede a $B$ en el definible orden lineal, de modo que $\phi(A,B,z)$ tiene en $V[G]$ . Fijar una condición $p\in G$ debajo de $q$ tal que $p\Vdash\phi(\dot A,\dot B,\dot z)$ . La condición $p$ menciona menos de $\gamma$ mucho información sobre el escenario $\gamma$ forzando. Por lo tanto, detalla menos de $\gamma$ muchos bits de menos de $\gamma$ muchos conjuntos cada uno en $A$ y $B$ . Además, un argumento de densidad muestra que todo posible segmento inicial de un subconjunto de $\gamma$ se produce para $\gamma$ muchos de los conjuntos de Cohen en cada bloque. Así que cada conjunto en $A$ cuyos dígitos están parcialmente especificados por $p$ puede coincidir con un conjunto en $B$ que coincide con esos dígitos, y viceversa. Como $p$ especifica menos de $\gamma$ muchos bits, hay en $V$ un automorfismo $\pi$ del escenario $\gamma$ forzamiento que lleva a cabo una permutación de las coordenadas, llevando en conjunto todas las $\alpha$ s en el primer bloque a $\beta$ s en el segundo bloque y viceversa, de tal manera que resulta tener $\pi(p)$ y $p$ tanto en $G$ . Podemos ampliar $\pi$ a un automorfismo de $\mathbb{P}$ y considerar la transformación resultante de los nombres. Dado que $\pi$ intercambia los dos bloques en conjunto, tenemos $\dot A^\pi_G=B$ y $\dot B^\pi_G=A$ . La elección de $\gamma$ asegura que $\dot z^\pi=\dot z$ . Pero como $p\Vdash\phi(\dot A,\dot B,\dot z)$ también tenemos $\pi(p)\Vdash\phi(\dot A^\pi,\dot B^\pi,\dot z^\pi)$ y como $\pi(p)\in G$ Esto significa que $\phi(B,A,z)$ en $V[G]$ lo que significa que $B$ precede a $A$ en el orden lineal, una contradicción. QED

Este argumento se puede utilizar para demostrar, como menciona Ali en su respuesta, que puede haber una clase definible de pares, que no tienen función de elección. En concreto, consideremos todos los conjuntos de pares, que incluirían los pares de la forma $\{A,B\}$ como los denoto en la prueba. Si pudiéramos seleccionar definitivamente uno u otro, entonces fijaríamos una condición $p$ forzando la selección de uno de ellos, y luego encontrar un automorfismo $\pi$ que intercambia los dos elementos del par, mientras que tiene $\pi(p)$ todavía en $G$ . Por lo tanto, el otro conjunto también debe ser seleccionado, una contradicción.

Corolario. Todo modelo de teoría de conjuntos tiene una extensión de forzamiento de clase con una clase definible de pares desordenados, tal que ninguna clase definible (con parámetros) selecciona exactamente un conjunto de cada uno de esos pares.

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Ian Terrell Puntos 6551

Joel responde muy bien a la pregunta de Asaf. Aquí sólo quiero añadir algunas notas a pie de página a su respuesta.

1. El argumento de Joel muestra que $ZFC$ ni siquiera puede probar la forma de clase definible del axioma de elección para pares . Históricamente, esto fue hecho por primera vez con un argumento similar por Easton en su tesis de 1964 (impreso en los Anales de Lógica Matemática).

2. En la época anterior al forzamiento, Mostowski ya había demostrado que $ZFA$ + "el universo puede estar linealmente ordenado" no implica que "todo conjunto pueda estar bien ordenado" (véase la página 51 del libro de Jech sobre el axioma de elección).

3. Como se muestra en la demostración del Teorema 5.21 (p.71) del texto de Jech, el argumento de Mostwoski puede ser trasplantado al contexto de forzamiento para mostrar que efectivamente $V$ pueden ser ordenados linealmente de forma definida en el llamado modelo básico de Cohen del fracaso del axioma de elección.

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