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"No existe un conjunto bien ordenado e incontable de números reales"

Hace poco aprendí (de Munkres) sobre el axioma de elección, y cómo implica la bien ordenado thereom .

He mirado varios posts sobre cómo ordenar bien los reales (por ejemplo este ) pero las pruebas relacionadas están más allá de mí. Por lo que deduzco, lo esencial es que el buen ordenamiento de los reales es "posible" aunque sea "incognoscible".

Entonces me encontré con esta pregunta :

P [De un reciente GRE de Matemáticas] ¿Existe un conjunto bien ordenado e incontable de números reales?

A No

Con prueba posterior.

¿Quiere decir que no existe una definición (no arbitraria, tal vez?) para el conjunto de números reales bien ordenados -que sí, que existe un conjunto bien ordenado e incontable de números reales, pero "no podemos llegar a él"- o sucede algo más? ¿No se aplica el teorema del buen orden a todos los conjuntos?

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DanV Puntos 281

Hay que distinguir entre dos cosas:

  1. Un conjunto puede estar bien ordenado.
  2. Un conjunto con una ordenación lineal natural está bien ordenado con esa ordenación natural.

El axioma de elección implica que todo conjunto puede estar bien ordenado. Pero, por supuesto, no todo conjunto que tenga un orden lineal natural es bien ordenado. No es necesario aventurarse a los números reales. Tanto $\Bbb Z$ y $\Bbb Q$ tienen un orden lineal natural que definitivamente no está bien ordenado.

La cuestión es que dado un conjunto de números reales, si está bien ordenado en el orden habitual de los números reales entonces es contable. Podemos demostrar esto eligiendo un punto racional canónico de cada intervalo entre un punto y su sucesor. Esta elección de números racionales no utiliza el axioma de elección, ya que siempre podemos elegir un número racional canónico de un intervalo (por ejemplo, representar cada racional como $\frac pq$ donde $p,q\in\Bbb Z$ , $p>0$ y $\gcd(p,q)=1$ ; a continuación, considere el racional con el menor $p$ posible en el intervalo, y encontrar el que tenga el denominador más cercano a $0$ (el positivo si existen ambas opciones) que coinciden con este numerador).

Y la principal confusión que tiene la gente con el teorema del buen orden, es que si $X$ es un conjunto que tiene un ordenamiento lineal natural, entonces no hay ninguna razón para que cualquier ordenamiento bueno coincida con el ordenamiento lineal natural. De la misma manera que podemos definir los ordenamientos de $\Bbb N$ que discrepan del ordenamiento habitual, o cómo podemos definir un buen ordenamiento de los números racionales que ciertamente discrepa de su orden natural.

(Lo que sí es cierto, como mencionas, es que no podemos definir específicamente un conjunto de números reales en el lenguaje de la teoría de conjuntos tal que $\sf ZF$ demuestra que este conjunto es incontable y puede estar bien ordenado. Es decir, es consistente con el fallo del axioma de elección de que sólo los conjuntos contables de números reales puede ser bien ordenado).

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Michael Puntos 5270

Doy esto como una respuesta separada ya que he hecho demasiados comentarios en la respuesta existente. Esto resume lo que saco de la discusión con Henning.

Pregunta original: "¿Existe un subconjunto incontable bien ordenado de los números reales?"

Pregunta aclarada: "¿Existe un subconjunto bien ordenado e incontable de los números reales (utilizando la ordenación habitual de los reales)?".

Interpretación 1 de la lengua original: La pregunta se refiere a la existencia de un ordenamiento, por lo que parece que podemos elegir tanto un ordenamiento como un subconjunto. Pues bien, el axioma de elección implica que existe un ordenamiento para el que los propios reales están bien ordenados. Entonces, podemos simplemente tomar un subconjunto de reales siendo el propio conjunto completo. Hecho. Esta pregunta es un poco estúpida. La única estructura de los reales que se utiliza aquí es que el conjunto de los reales es incontable. Podríamos repetir la misma pregunta con cualquier conjunto incontable de objetos.

Interpretación 2 de la lengua original: Supongamos que nos vemos obligados a utilizar la ordenación original de los reales. Así que sólo se nos permite elegir un subconjunto. La estructura del problema ahora es tal que el problema es interesante. Debemos utilizar tanto la propiedad de que los reales son incontables junto con propiedades existentes de la ordenación habitual en los reales. Esta es probablemente la interpretación correcta porque es la única en la que el problema es interesante.

Observación: En un examen, no hay tiempo para resolver el problema de dos maneras y luego tratar de interpretar el problema de forma interesante. Naturalmente, asumiría la "interpretación 1" y entonces estaría bastante confundido por qué el examen hace una pregunta tan extraña.


Suelo considerar que los conjuntos existen independientemente de los conceptos temporales (es decir, "fuera del tiempo"). El lenguaje en tiempo pasado utilizado por Henning en los comentarios anteriores es útil y es coherente con su interpretación del problema (que es la interpretación 2). La interpretación 2 es probablemente la que pretendía la persona que diseñó la pregunta. Sin embargo, no es la única interpretación. De hecho, la interpretación 2 ni siquiera se me ocurrió hasta el comentario-debate con Henning. Habría sacado mal esta pregunta en el examen, no porque sea una pregunta difícil, sino porque interpreté la pregunta de forma diferente.

Por lo tanto, habría sido mejor que la pregunta original enfatizara que debemos utilizar el ordenamiento habitual de los reales, de modo que sólo se nos permite elegir un subconjunto. Casi siempre se utiliza la ordenación habitual de los reales, pero se pueden considerar diferentes ordenaciones cuando surgen preguntas de teoría de conjuntos sobre "ordenaciones buenas".

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