良序定理

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在數學中,良序定理Template:Lang-en),或稱 Zermelo 定理,表示「所有集合都可以被良排序」。一集合 X 被一個嚴格全序良排序,如若對任意 X 之非空子集,在該序關係下均蘊含一個最大元。所有與選擇公理等價之命題,良序定理同 Zorn 引理 乃最重要的兩個陳述。該定理相當重要,超限歸納法藉由該定理方可作用于任意集合。

歷史

Cantor 认为良序定理是“思维的基本原理”。但是多数数学家发现,找到如实数集合 这样的良序集合並非那麽容易。在1904年,Template:Le 声称已经证明了这种良序不能存在。几周之后,Felix Hausdorff 在他的证明中发现了一个错误。在此之後,Ernst Zermelo 引入了 “無可非議” 的选择公理,以证明良序定理[1]。事實上在一階邏輯下,良序定理等价于选择公理,其中一个和 Zermelo-Frankel 集合論一起即可证明另一个;在二階邏輯下良序定理略強於選擇公理。

良序定理可給出似乎是悖论的推论,比如 Banach-Tarski 悖论

關於選擇公理、Zorn 引理、良序定理,下面這句玩笑話在某種程度上説明了其直覺上之聯係:

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從選擇公理證明良序定理

證明如下。[2] Template:Blockquote

從良序定理證明選擇公理

證明如下。 Template:Blockquote 證明中,一個必不可少的點在於,證明僅涉及唯一一個任意選擇,即 R;分別于 E 的每個元 S 應用良序定理并不一定可行,因爲良序定理僅聲明了良序之存在性,而為每個 S 賦予良序將要求簡單地對每個 S 選擇出一個元那麽多的選擇。特別地,如果 E 擁有不可數那麽多的集合,不借由選擇公理,進行不可數次的選擇在 ZF 集合論下不被允許。

参见

he:עקרון הסדר הטוב