Аксиоматизация действительных чисел Тарским - Tarski's axiomatization of the reals

В 1936 году Тарский изложены в аксиоматизацию из действительных чисел и их арифметику, состоящее только из 8 аксиом , показанных ниже , и всего лишь четыре примитивных понятий : множество действительных чисел обозначается R , а двоичный общий порядок над R , обозначаемый инфиксным < , двоичная операция сложения над R , обозначаемая infix +, и константа 1.

В литературе иногда упоминается эта аксиоматизация, но никогда не приводится подробностей, несмотря на ее экономичность и элегантные метаматематические свойства. Эта аксиоматизация кажется малоизвестной, возможно, из-за ее природы второго порядка . Аксиоматизацию Тарского можно рассматривать как версию более обычного определения действительных чисел как уникального полного по Дедекинду упорядоченного поля ; однако он делается гораздо более кратким за счет использования неортодоксальных вариантов стандартных алгебраических аксиом и других тонких уловок (см., например, аксиомы 4 и 5, которые объединяют вместе обычные четыре аксиомы абелевых групп ).

Термин «аксиоматизация действительных чисел Тарским» также относится к теории вещественных замкнутых полей , которая, как показал Тарский, полностью аксиоматизирует теорию первого порядка структуры 〈 R , +, ·, <〉.

Аксиомы

Аксиомы порядка (примитивы: R , <):

Аксиома 1
Если x < y , то не y < x . То есть «<» - асимметричное отношение . Это означает , что «<» не рефлексивно отношения, то есть для всех х , х < х ложна.
Аксиома 2
Если x  <  z , существует y такое, что x  <  y и y  <  z . Другими словами, «<» является плотным в R .
Аксиома 3
«<» Дедекиндово-полный . Более формально, для всех X Y  ⊆  R , если для всех x  ∈  X и y  ∈  Y , x  <  y , то существует z такое, что для всех x  ∈  X и y  ∈  Y , если z  ≠  x и z  ≠  y , тогда x  <  z и z  <  y .

Для уточнения выше заявление несколько, пусть X  ⊆  R и Y  ⊆  R . Теперь мы определим два распространенных английских глагола особым образом, который соответствует нашей цели:

X предшествует Y тогда и только тогда, когда для любого x  ∈  X и любого y  ∈  Y , x  <  y .
Вещественное число z разделяет X и Y тогда и только тогда, когда для любого x  ∈  X с x  ≠  z и любого y  ∈  Y с y  ≠  z , x  <  z и z  <  y .

Аксиому 3 можно сформулировать так:

«Если набор действительных чисел предшествует другому набору действительных чисел, то существует по крайней мере одно действительное число, разделяющее два набора».

Три аксиомы подразумевают, что R - линейный континуум .

Аксиомы сложения (примитивы: R , <, +):

Аксиома 4
х  + ( у  +  г ) = ( х  +  г ) +  у .
Аксиома 5
Для всех x , y существует z такое, что x  +  z  =  y .
Аксиома 6
Если x  +  y  <  z  +  w , то x  <  z или y  <  w .

Аксиомы для одного (примитивы: R , <, +, 1):

Аксиома 7
1 ∈  R .
Аксиома 8
1 <1 + 1.

Из этих аксиом следует, что R - линейно упорядоченная абелева группа относительно сложения с выделенным элементом 1. R также является дедекиндово-полной , делимой и архимедовой группой .

Тарский без доказательств заявил, что эти аксиомы полностью упорядочивают. Недостающий компонент был поставлен в 2008 году Стефани Учней.

Это аксиоматизация не приводит к теории первого порядка , так как формальное утверждение аксиомы 3 включает в себя два универсальных кванторов над всеми возможными подмножествами R . Тарский доказал, что эти 8 аксиом и 4 примитивных понятия независимы.

Как эти аксиомы подразумевают поле

Тарский набросал (нетривиальное) доказательство того, как эти аксиомы и примитивы подразумевают существование бинарной операции, называемой умножением, и обладающей ожидаемыми свойствами, так что R является полным упорядоченным полем при сложении и умножении. Это доказательство основано на целых числах с абелевой группой сложения и восходит к определению величины Евдокса .

Рекомендации