作者:Justin( j_q_king@foxmail.com

起笔: 2024-04-27 Sat 15:47 | 凝墨: 2024-06-07 Fri 17:13

选择公理*

Table of Contents

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1. 集合上的关系

目的『研究顺序在集合上操作』

是否符号主义?或者逻辑至上性

1.1. 偏序 partial order

定义: X a set A relation \(leq\) on X is partial order if:

  1. \(\forall x\in X,x\leq x\)
  2. \(\forall x,y\in X \left[ x\leq y \wedge y \leq x \Rightarrow x=y\right]\)
  3. \(\forall x,y,x\in X \left[ x\leq y\wedge y\leq z\Rightarrow x\leq z\right]\)

自反、传递、唯一限制

例子: 实数上小于等于;集合包含 \(\left( \mathbb{R},\leq \right),\left( \mathscr{P}(X),\subset \right)\) power set 幂集 \((P(X),\subset),P(X):=\left\{ A|A\subset X \right\}\)

有偏序 \((X,\leq)\) a poset 有 \(A\subset X\) 于是 A 可以继承这个偏序。

将这个集合和关系 \((X,\leq)\) 称作偏序集 poset (p artially o rdered set)

1.2. 链/全序集 chain/totally ordered set

呈序列,顺序一定,可以比大小

A poset is chain/totally ordered set if \(\forall x,y\in X \left[ x\leq y \vee y\leq x\right]\)

?不是图 ?完备性

If \((X,\leq)\) is a poset and \(A\subset X\) then A has a natural partial order induced by \(\leq\)

以下默认 \(\left( X,\leq \right)\) 是偏序集

~常常取子集讨论问题,比如定义域

1.3. 有界极大

\(b\in X\)

  1. b is an upper bound of A if \(\forall a\in A,a \leq b\)
  2. b is a greatest element of A if b is an upper bound and \(b\in A\)

符号说明: 上界 lub: the least upper bound ?inf 下界 glb: the greatest lower bound ?sup

\(x

极大元素:

?边界

b is a maximal element in X if \(\forall x \in X,[b\leq x\Rightarrow b=x]\)

类似有极小元素

b is a minimal element in X if \(\forall x \in X,[x\leq b\Rightarrow b=x]\)

~也就是没有超过这个元素限度的,它们像是不固定的边界

有限的集合,似乎都可以有偏序。 ?为了不要有悖论,并且满足完备相容

1.4. 良序集 well ordered

非空集有最小

a chain \((X,\leq)\) if \(\forall A\subset X[A\neq \emptyset \Rightarrow A \text{ has a least element}]\)

比较 全序:可以比大小; 良序:有最小。

目前只知道 \(\mathbb{N}\) 是良序集, \(\mathbb{Z}\) 不是

1.5. 后继 successor

\(a\in X, \text{succ}_{(X,\leq)}(a)\) is the least element of \(\left\{ x\in X|a

?这里原视频用的 if

前任 predecessor -我们的课不是要学英文

2. 定理

2.1. 定理 Bourbaki 不动点

Thereom a version of Bourbaki's fixed point thereom

我们不举很多的例子,自己要做的事。 例子课下书上去找

\((X,\leq)\) a poset in which every well-ordered subset has a lub, \(X\overset{f}{\rightarrow}X\) a map s.t. \(x\leq f(x)\) for every \(x\in X\) . \(\Rightarrow\) \(\exists a\in X,f(a)=a\)

证明见 Bredom Topology and Geometry Appendix B

含义 映射到不比自己小的,那么一定会有元素相等。

很特别的 只在这里用一下 集合论里面常见神奇的定理,属于人类聪明才智的体现, 过程不见得那么容易,透过阅读拓展理解

正整数在实数的状态

证明中使用术语: 初始线段? initial segment \((X,\leq),a\in X\) \[\text{IS}_{X}(a):=\left\{ x\in X|x

2.2. 关于映射

一些规则

以前说映射是规则

集合论的定义: 映射对应直积的子集 \[X\stackrel{g}{\rightarrow}Y \leftrightarrow \Gamma \subset X \times Y\]

20240427203643.png

其中 \(\Gamma: \left\{ (x,g(x))|x\in S \right\}\) s.t. \(\forall x\in X\), \(\exists! y\in Y (x,y)\in\Gamma\)

-弹幕:集合论的函数从二元关系来, 二元关系从 ZFC 配对公理来

不存在具体规则

没有定义集合 ?像没有定义概率一样 知道有空集,可以谈元素属于

2.3. 选择公理的合集

2.3.1. 论述

  1. \(\forall\) set \(S,\mathscr{P}_{0}:=\left\{ X|X\subset S\wedge X\neq\emptyset \right\}\) \(\exists f: \mathscr{P}_{0}/\emptyset\rightarrow S\) s.t. \(\forall X\in \mathscr{P}_0\) \(f(X)\in X\)

    \(f:S\mapsto f(S)\)

    存在映射,使得每一个非空子集都要选一个子集元素

  2. A poset \((X,\leq)\) in which every well-ordered subset has a lub \(\Rightarrow\) X has a max element

    偏序集中任子良序集有极大元素,偏序有最大

  3. Every poset has a maximal chain

    偏序集中有没有更大的子全序(再加入一个元素不是全序)

    ?极大线性无关

  4. A poset in which every chain has a upper bound has a max element

    偏序中的任子全序有上界,偏序有最大

  5. Every set has a well-order

    良序原理

    总是变成像自然数的结构,有后继的观念

  6. \(\forall surj. X\overset{f}{\rightarrow}Y\) \(\exists Y\overset{g}{\rightarrow}X\) \(f\circ g=id_Y\)

    20240427204330.png 可以造一个,就去看哪个元素映射到 y ,就去拿这个作为 y 的值,这个过程牵扯到选择

  7. A set \(A\), \(\alpha\in A\) given sets \(S_{\alpha}\neq \emptyset\) \(\exists f:A{\rightarrow}\cup\limits_{\alpha\in A}S_{\alpha}\) s.t. \(\forall \alpha\in A\) \(f(\alpha)\in S_\alpha\)

    选择映射:从编号集到并集,满足每个编号都送到编号集里面

2.3.2. 说明

名称

4: Zorn's lemma(代数、分析,处理无限的?前提); 5: Zermelo's well-ordering principle(任何一个集合良序化问后继); 7: Axioms of choice

那个是定理?

定理是上述说法等价。

在良序(非空有最小)中讨论后继, \(\min\left\{ x\in X|a

后继是在良序中讨论的。

在全序中,最多只有一个最大

在其中没有后继的最多一个元素,即最小的

不是总能用整数编上号(?找不到第一个) 有很多造良序的方法(从自然数出发),不知道一个集合上具体的良序法则?

?弹幕-字典排序法

? 自然数公理也是用这个的?

2.3.3. 证明

长路漫慢

  • \(7\Rightarrow 1\) \(\mathscr{P}_0=\left\{ S|S\in \mathscr{P}_0 \right\}\),

    \((7)\Rightarrow \exists f:A\rightarrow \cup\limit_{\alpha\in A}S_{\alpha}\) s.t. \(f(\alpha)\in S_{\alpha}\)

    \(\exists f:\mathscr{P}_0\rightarrow S\) s.t. \(f(S)\in S\)

  • \(1\Rightarrow2\) 需要用不动点

    Assume that X has no maxinmal element i.e. \(\forall a\in X\) \(X_a:=\left\{ x\inX|a

    \((1)\Rightarrow\) \(\exists f\) 20240427210814.png 箭头表示(?可交换)两者合成等同于 g

    s.t. \(\forall X\subset S\neq \emptyset\) \(f(S)\in S\)

    \(\forall a\in X\) \(g(a)=f(X_a)\in X_a\) and hence \(a

    与不动点(如果)矛盾

  • \(2\Rightarrow3\) 偏序中所有良序子集有最小上界自己有最大 \(\Rightarrow\) 偏序中有极大链

    极大,我们就看所有的链

    Consider \(X=\left\{ C|C \text{ is a chain in P w.r.t.} \leq \right\}\)

    Claim: Any totally ordered set in X has a lub in X If \(T\subset X\) is a totally ordered set, \(\cup_{C\in T}C\) is \(\text{lub}_XT\) .

    \((2)\Rightarrow\) X has a max elememt i.e. a maximal chain in P.

  • \(3\Rightarrow4\) 偏序一定有最大链 \(\Rightarrow\) 每个全序子集有上界这个偏序有最大

    \(3\Rightarrow\) \(\exists\) max chain C

    By assumption, C has an upper bound ,say a, in X.

    Then a is a max. element in X; otherwise

    \(\exists x\in X\) \(a

  • 4 \(\Rightarrow\) 5 偏序中每个链有极大,所以偏序有最大 \(\Rightarrow\) 偏序

    Let Y be a set. Consider \(Y:=\left\{ A|A=(S_A,\leq_A \text{where} S_A \wedge \leq_A \text{well-ordered}) \right\}\) We define a relation \(\preceq\) on X.:

    \(A\preceq B \Leftrightarrow A=B\) or A is IS of B i.e. $∃ $

    20240427213447.png 片段

    Claim:

    1. X has a maximal element w.r.t.

<2024-04-27 Sat 21:37> 太难,暂时放一放

P23

证明有极大元素,极大是 A 不是 A

域 \(K\) 上线性空间 \(V\) ,线性无关组(子集),生成子空间(所有生成的组合) \(\text{span}_KS=\left\langle S \right\rangle\) 极大线性无关组;生成集: \(\left\langle S \right\rangle=V\)

  1. 存在极大线性无关
  2. 极大线性无关是一个生成集

理想,极大存在(Zorn)

3. 分析的应用

证明非常容易 不谈泛函分析

Hahn-Banach 定理 K(\(\mathbb{R}\))上向量空间X \(X \overset{p}{\rightarrow}\mathbb{R}\) 满足线性: \(f(x+y)=f(x)+f(y);f(tx)=tf(x)\)

对子空间 Y

4. 梳理一下课程

分析:

向量空间:结合律、零元、分配律 复分析-向量分析-傅里叶分析