Аксиоматизация действительного числа Тарского - Tarskis axiomatization of the reals
В 1936 г. Альфред Тарский изложил аксиоматизация из действительные числа и их арифметика, состоящая только из 8 аксиомы показано ниже и всего четыре примитивные представления:[1] то набор обозначенных реалов р, а двоичный общий заказ над р, обозначаемый инфикс <, а бинарная операция сложения над р, обозначаемый infix +, и константа 1.
В литературе иногда упоминается эта аксиоматизация, но никогда не вдаваться в подробности, несмотря на ее экономичность и элегантность. метаматематический характеристики. Эта аксиоматизация кажется малоизвестной, возможно, из-за ее второго порядка природа. Аксиоматизацию Тарского можно рассматривать как вариант более обычного определение действительных чисел как уникальный Дедекинд-полный упорядоченное поле; 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 абелевы группы ).
Термин «аксиоматизация действительных чисел Тарским» также относится к теории настоящие закрытые поля, который показал Тарский, полностью аксиоматизирует первый заказ теория структуры 〈р, +, ·, <〉.
Аксиомы
Аксиомы порядка (примитивы: р, <):
- Аксиома 1
- Если Икс < уто не у < Икс. То есть "<" - это асимметричное отношение. Это означает, что "<" не является рефлексивный отношения, т.е. для всех Икс, Икс < Икс ложно.
- Аксиома 2
- Если Икс < z, существует у такой, что Икс < у и у < z. Другими словами, "<" плотный в р.
- Аксиома 3
- "<" - это Дедекинд-полный. Более формально для всех Икс, Y ⊆ р, если для всех Икс ∈ Икс и у ∈ Y, Икс < у, то существует z такой, что для всех Икс ∈ Икс и у ∈ Y, если z ≠ Икс и z ≠ у, тогда Икс < z и z < у.
Чтобы несколько прояснить приведенное выше утверждение, пусть Икс ⊆ р и Y ⊆ р. Теперь мы определим два распространенных английских глагола особым образом, который соответствует нашей цели:
- X предшествует Y если и только если для каждого Икс ∈ Икс и каждый у ∈ Y, Икс < у.
- Настоящее число z разделяет Икс и Y если и только если для каждого Икс ∈ Икс с Икс ≠ z и каждый у ∈ Y с у ≠ z, Икс < z и z < у.
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 р это линейный континуум.
Аксиомы сложения (примитивы: р, <, +):
- Аксиома 4
- Икс + (у + z) = (Икс + z) + у.
- Аксиома 5
- Для всех Икс, у, существует z такой, что Икс + z = у.
- Аксиома 6
- Если Икс + у < z + ш, тогда Икс < z или же у < ш.
Аксиомы для одного (примитивы: р, <, +, 1):
- Аксиома 7
- 1 ∈ р.
- Аксиома 8
- 1 < 1 + 1.
Эти аксиомы подразумевают, что р это линейно упорядоченный абелева группа под сложением с выделенным элементом 1. р это также Дедекинд-полный, делимый, и Архимедов.
Тарский без доказательства заявил, что эти аксиомы полностью упорядочивают. Недостающий компонент был поставлен в 2008 году Стефани Учней.[2]
Эта аксиоматизация не приводит к теория первого порядка, поскольку формальная формулировка аксиомы 3 включает два универсальные кванторы по всем возможным подмножествам р. Тарский доказал независимость этих 8 аксиом и 4 примитивных понятий.
Как эти аксиомы подразумевают поле
Тарский набросал (нетривиальное) доказательство того, как эти аксиомы и примитивы подразумевают существование бинарная операция называется умножением и имеет ожидаемые свойства, так что р это полный упорядоченное поле при сложении и умножении. Это доказательство основано на целых числах, где сложение является абелевой группой, и берет свое начало в Евдокса определение величины.
