不可达基数的独立性
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本篇文章在 ZFC+“对于任何基数,都存在一个其后的不可达基数”环境下工作,以证明“存在一个不可达基数”这个命题独立于 ZFC。
由 Tarski 给出的不可达基数公理,考虑第一个不可达基数 ,则 。
引理
若 是不可达基数,则 。
证明
外延公理: 的元素都是集合,所以它们自然满足。
配对公理:对于任意 ,我们都可以找到 使得 ,则 ,所以自然满足。
分离公理模式:对于任意 ,我们都可以得到它是某个 的元素,则任意 都是 的元素, 的任意子集应该都是 的元素,所以自然满足。
正则公理模式:考虑任意非空集 ,以及任意 ,因为 可以确定其中任意元素的 rank,所以取 中 rank 最低的元素 (由于 Ord上存在一个良序,所以任意序数类的子类都有这个良序的最小元,rank 是序数,取全体 中元素的 rank 序数构成一个类即可),则不存在 使得 ,否则 的 rank 应该低于 ,矛盾,所以存在 使得 为空,得以证明。
幂集公理:由前面可得任意 ,任意 的子集都在 中,则 。
并集公理:考虑任意 而言,它们的任意元素 都在某个 中,任意 的元素都在某个 中,则 中存在 的并集。
无穷公理: 是 的元素。
替代公理模式:由 是不可达得到 是 Beth 不动点,则 ,则对于任意 ,则对于任意映射 ,则 ,所以存在某个 使得不存在 的元素属于 ,则 是 的元素,则 。
选择公理:任意 ,则 ,则存在某个 包含的任意 的元素,则一定存在一个集合使得它是 的子集,得证。
进一步可以得到 不存在不可达基数,考虑第二个不可达基数 则可以得到 存在一个不可达基数。
于是,得证:命题“存在一个不可达基数”独立于 ZFC。