PrSS VS 康托范式:修订间差异
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→互译方法: 补充证明 |
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| <math>(0,1)=({\color{red}0},{\color{green}0} | | <math>(0,1)=({\color{red}0},{\color{green}0},{\color{blue}0},\cdots)</math> || <math>\omega</math> | ||
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| <math>(0,1,1)=({\color{red}0,1},{\color{green}0,1} | | <math>(0,1,1)=({\color{red}0,1},{\color{green}0,1},{\color{blue}0,1},\cdots)</math> || <math>\omega^{2}</math> | ||
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| <math>(0,1,1,0,1,0,1)</math> || <math>\omega^{2}+\omega\times 2</math> | | <math>(0,1,1,0,1,0,1)</math> || <math>\omega^{2}+\omega\times 2</math> | ||
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| <math>(0,1,1,0,1,1)=(0,1,1,{\color{red}0,1},{\color{green}0,1} | | <math>(0,1,1,0,1,1)=(0,1,1,{\color{red}0,1},{\color{green}0,1},{\color{blue}0,1},\cdots)</math> || <math>\omega^{2}\times 2</math> | ||
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| <math>(0,1,1,0,1,1,0,1,1)</math> || <math>\omega^{2}\times 3</math> | | <math>(0,1,1,0,1,1,0,1,1)</math> || <math>\omega^{2}\times 3</math> | ||
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| <math>(0,1,1,1)=({\color{red}0,1,1},{\color{green}0,1,1} | | <math>(0,1,1,1)=({\color{red}0,1,1},{\color{green}0,1,1},{\color{blue}0,1,1},\cdots)</math> || <math>\omega^{3}</math> | ||
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| <math>(0,1,1,1,1)</math> || <math>\omega^{4}</math> | | <math>(0,1,1,1,1)</math> || <math>\omega^{4}</math> | ||
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| <math>(0,1,2)=(0,{\color{red}1},{\color{green}1} | | <math>(0,1,2)=(0,{\color{red}1},{\color{green}1},{\color{blue}1},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,0,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega}\times 2</math> | | <math>(0,1,2,0,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega}\times 2</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1)=({\color{red}0,1,2},{\color{green}0,1,2} | | <math>(0,1,2,1)=({\color{red}0,1,2},{\color{green}0,1,2},{\color{blue}0,1,2},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega+1}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,0,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega+1}+\omega^{\omega}</math> | | <math>(0,1,2,1,0,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega+1}+\omega^{\omega}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,0,1,2,1)</math> || <math>\omega^{\omega+1}\times 2</math> | | <math>(0,1,2,1,0,1,2,1)</math> || <math>\omega^{\omega+1}\times 2</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,1)=({\color{red}0,1,2,1},{\color{green}0,1,2,1} | | <math>(0,1,2,1,1)=({\color{red}0,1,2,1},{\color{green}0,1,2,1},{\color{blue}0,1,2,1},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega+2}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,1,1)</math> || <math>\omega^{\omega+3}</math> | | <math>(0,1,2,1,1,1)</math> || <math>\omega^{\omega+3}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,2)=(0,1,2,{\color{red}1},{\color{green}1} | | <math>(0,1,2,1,2)=(0,1,2,{\color{red}1},{\color{green}1},{\color{blue}1},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega\times 2}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,2,1)</math> || <math>\omega^{\omega\times 2+1}</math> | | <math>(0,1,2,1,2,1)</math> || <math>\omega^{\omega\times 2+1}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,1,2,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega\times 3}</math> | | <math>(0,1,2,1,2,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega\times 3}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,2)=(0,{\color{red}1,2},{\color{green}1,2} | | <math>(0,1,2,2)=(0,{\color{red}1,2},{\color{green}1,2},{\color{blue}1,2},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega^{2}}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,2,1)</math> || <math>\omega^{\omega^{2}+1}</math> | | <math>(0,1,2,2,1)</math> || <math>\omega^{\omega^{2}+1}</math> | ||
第70行: | 第70行: | ||
| <math>(0,1,2,2,1,2,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega^{2}+\omega\times 2}</math> | | <math>(0,1,2,2,1,2,1,2)</math> || <math>\omega^{\omega^{2}+\omega\times 2}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,2,1,2,2)=(0,1,2,2,{\color{red}1,2},{\color{green}1,2} | | <math>(0,1,2,2,1,2,2)=(0,1,2,2,{\color{red}1,2},{\color{green}1,2},{\color{blue}1,2},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega^{2}*2}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,2,2)=(0,{\color{red}1,2,2},{\color{green}1,2,2} | | <math>(0,1,2,2,2)=(0,{\color{red}1,2,2},{\color{green}1,2,2},{\color{blue}1,2,2},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega^{3}}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,3)=(0,1,{\color{red}2},{\color{green}2} | | <math>(0,1,2,3)=(0,1,{\color{red}2},{\color{green}2},{\color{blue}2},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega^{\omega}}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,3,2)</math> || <math>\omega^{\omega^{\omega+1}}</math> | | <math>(0,1,2,3,2)</math> || <math>\omega^{\omega^{\omega+1}}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,3,3)</math> || <math>\omega^{\omega^{\omega^{2}}}</math> | | <math>(0,1,2,3,3)</math> || <math>\omega^{\omega^{\omega^{2}}}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,3,4)=(0,1,2,{\color{red}3},{\color{green}3} | | <math>(0,1,2,3,4)=(0,1,2,{\color{red}3},{\color{green}3},{\color{blue}3},\cdots)</math> || <math>\omega^{\omega^{\omega^{\omega}}}</math> | ||
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| <math>(0,1,2,3,4,5,...)=\mathrm{Limit\ of\ PrSS} </math> || <math>\varepsilon_{0}</math> | | <math>(0,1,2,3,4,5,...)=\mathrm{Limit\ of\ PrSS} </math> || <math>\varepsilon_{0}</math> | ||
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例如 PrSS 表达式 <math>(0,1,2,2,0,1,2,1,1,0,1,2,1,1,0,1,1,1)</math>,首先把它分为若干个 <math>0</math> 开头的子表达式并用加号连接,得到 <math>(0,1,2,2)+(0,1,2,1,1)+(0,1,2,1,1)+(0,1,1,1)</math>,随后将每个子表达式按照 <math>(0,X)\mapsto\omega^{X'}</math> 的形式变换,得到 <math>\omega^{(0,1,1)} +\omega ^{(0,1,0,0)}+\omega^{(0,1,0,0)}+\omega^{(0,0,0)}</math>.随后,把指数上的 PrSS 继续递归变换.<math>(0,1,1)</math> 变换为 <math>\omega^{(0,0)}=\omega^{1+1}=\omega^2</math>.<math>(0,1,0,0)</math> 变换为 <math>\omega^1+1+1=\omega+2</math>.而 <math>(0,0,0)</math> 就是 <math>1+1+1=3</math>.因此我们便得到了 <math>(0,1,2,2,0,1,2,1,1,0,1,2,1,1,0,1,1,1)</math> 对应的康托范式 <math>\omega^{\omega^2}+\omega^{\omega+2}\times 2+\omega^3</math>. | 例如 PrSS 表达式 <math>(0,1,2,2,0,1,2,1,1,0,1,2,1,1,0,1,1,1)</math>,首先把它分为若干个 <math>0</math> 开头的子表达式并用加号连接,得到 <math>(0,1,2,2)+(0,1,2,1,1)+(0,1,2,1,1)+(0,1,1,1)</math>,随后将每个子表达式按照 <math>(0,X)\mapsto\omega^{X'}</math> 的形式变换,得到 <math>\omega^{(0,1,1)} +\omega ^{(0,1,0,0)}+\omega^{(0,1,0,0)}+\omega^{(0,0,0)}</math>.随后,把指数上的 PrSS 继续递归变换.<math>(0,1,1)</math> 变换为 <math>\omega^{(0,0)}=\omega^{1+1}=\omega^2</math>.<math>(0,1,0,0)</math> 变换为 <math>\omega^1+1+1=\omega+2</math>.而 <math>(0,0,0)</math> 就是 <math>1+1+1=3</math>.因此我们便得到了 <math>(0,1,2,2,0,1,2,1,1,0,1,2,1,1,0,1,1,1)</math> 对应的康托范式 <math>\omega^{\omega^2}+\omega^{\omega+2}\times 2+\omega^3</math>. | ||
=== 证明 === | |||
设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,我们用 <math>T(S)</math> 表示 <math>S</math> 所对应的序数。例如,若 <math>S=(0,1,2)</math>,则 <math>T(S)=\omega^\omega</math>。 | |||
设 <math>S_1,S_2</math> 是两个 PrSS 表达式,我们用 <math>(S_1,S_2)</math> 表示将 <math>S_1,S_2</math> 首尾相连得到的 PrSS 表达式。例如,若 <math>S_1=(0,1,2)</math>,<math>S_2=(0,1)</math>,则 <math>(S_1,S_2)=(0,1,2,0,1)</math>。 | |||
设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,我们用 <math>(0,S+1)</math> 表示首项为 <math>0</math>,其余项为 <math>S</math> 中每一项 <math>+1</math> 得到的自然数列。例如,若 <math>S=(0,1,2,0,1)</math>,则 <math>(0,S+1)=(0,1,2,3,1,2)</math>。 | |||
设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,我们用 <math>(S,1)</math> 表示首项为在 <math>S</math> 结尾添加一项 <math>1</math> 得到的自然数列。例如,若 <math>S=(0,1,2,1)</math>,则 <math>(S,1)=(0,1,2,1,1)</math>。 | |||
下面我们证明 PrSS 表达式与康托范式的互译方法。证明过程分为三步: | |||
# 设 <math>S_1,S_2</math> 是两个 PrSS 表达式,则 <math>T((S_1,S_2))=T(S_1)+T(S_2)</math>。 | |||
# 设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,且除首项为 <math>0</math> 外不含其他 <math>0</math> 项,则 <math>T((S,1))=T(S)\cdot\omega</math>。 | |||
# 设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,则 <math>T((0,S+1))=\omega^{T(S)}</math>。 | |||
命题 1:设 <math>S_1,S_2</math> 是两个 PrSS 表达式,则 <math>T((S_1,S_2))=T(S_1)+T(S_2)</math>。 | |||
对 <math>S_2</math> 使用超限归纳法。 | |||
若 <math>S_2</math> 是空表达式,则 <math>T(S_2)=0</math> 且 <math>(S_1,S_2)=S_1</math>。所以 <math>T((S_1,S_2))=T(S_1)+T(S_2)</math> 成立。 | |||
若 <math>S_2</math> 是后继表达式,设 <math>S_2=(S_3,0)</math>,则 <math>T(S_2)=T(S_3)+1</math>。 | |||
根据归纳假设,有 <math>T((S_1,S_3))=T(S_1)+T(S_3)</math>。 | |||
所以 <math>T((S_1,S_2))=T((S_1,S_3,0))=T((S_1,S_3))+1=(T(S_1)+T(S_3))+1=T(S_1)+(T(S_3)+1)=T(S_1)+T(S_2)</math>。 | |||
若 <math>S_2</math> 是极限表达式,设 <math>S_2</math> 的展开式为 <math>R_0,R_1,R_2,\cdots</math>。 | |||
从坏根的定义可以看出,<math>(S_1,S_2)</math> 的坏根位于 <math>S_2</math> 部分,所以 <math>(S_1,S_2)</math> 的坏部包含于 <math>S_2</math> 部分,所以 <math>(S_1,S_2)</math> 的展开式为 <math>(S_1,R_0),(S_1,R_1),(S_1,R_2),\cdots</math>。 | |||
根据归纳假设,<math>T(S_1,R_n)=T(S_1)+T(R_n),\quad\forall n\in\N</math>。 | |||
所以 <math>T((S_1,S_2))=\sup\{T(S_1,R_0),T(S_1,R_1),T(S_1,R_2),\cdots\}=\sup\{T(S_1)+T(R_0),T(S_1)+T(R_1),T(S_2)+T(R_2),\cdots\}=T(S_1)+\sup\{T(R_0),T(R_1),T(R_2),\cdots\}=T(S_1)+T(S_2)</math>。 | |||
由超限归纳法我们得出,对任意 PrSS 表达式 <math>S_2</math>,有 <math>T((S_1,S_2))=T(S_1)+T(S_2)</math>。 | |||
命题 2:设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,且除首项为 <math>0</math> 外不含其他 <math>0</math> 项,则 <math>T((S,1))=T(S)\cdot\omega</math>。 | |||
从坏根的定义可以看出,<math>(S,1)</math> 的坏根是首项 <math>0</math>,所以 <math>(S,1)</math> 的展开式为 <math>(),S,(S,S),\cdots</math>,其中第 <math>n</math> 项为 <math>n</math> 个 <math>S</math> 首尾相连。 | |||
根据命题 1,这个基本列的第 <math>n</math> 项为 <math>T(S)\cdot n</math>。所以 <math>T((S,1))=\sup\{T(S)\cdot 0,T(S)\cdot 1,T(S),\cdot 2\}=T(S)\cdot\omega</math>。 | |||
命题 3:设 <math>S</math> 是一个 PrSS 表达式,则 <math>T((0,S+1))=\omega^{T(S)}</math>。 | |||
对 <math>S</math> 使用超限归纳法。 | |||
若 <math>S</math> 是空表达式,则 <math>T(S)=0</math> 且 <math>(0,S+1)=(0)</math>。所以 <math>T((0,S+1))=1=\omega^0=\omega^{T(S)}</math> 成立。 | |||
若 <math>S</math> 是后继表达式,设 <math>S=(S',0)</math>,则 <math>T(S)=T(S')+1</math>。 | |||
根据归纳假设,有 <math>T((0,S'+1))=\omega^{T(S')}</math>。 | |||
因为 <math>(0,S'+1)</math> 除首项为 <math>0</math> 外不含其他 <math>0</math> 项,根据命题 2,有 <math>T((0,S'+1,1))=T((0,S'+1))\cdot\omega</math>。 | |||
所以 <math>T((0,S+1))=T((0,S'+1,1))=T((0,S'+1))\cdot\omega=\omega^{T(S')}\cdot\omega=\omega^{T(S')+1}=\omega^{T(S)}</math>。 | |||
若 <math>S</math> 是极限表达式,设 <math>S</math> 的展开式为 <math>S_0,S_1,S_2,\cdots</math>。 | |||
从坏根的定义可以看出,<math>(0,S+1)</math> 的坏根位于 <math>S+1</math> 部分,所以 <math>(0,S+1)</math> 的坏部包含于 <math>S+1</math> 部分,所以 <math>(0,S+1)</math> 的展开式为 <math>(0,S_0+1),(0,S_1+1),(0,S_2+1)\cdots</math>。 | |||
根据归纳假设,<math>T(0,S_n+1)=\omega^{T(S_n)},\quad\forall n\in\N</math>。 | |||
所以 <math>T((0,S+1))=\sup\{T(0,S_0+1),T(0,S_1+1),T(0,S_2+1),\cdots\}=\sup\{\omega^{T(S_0)},\omega^{T(S_1)},\omega^{T(S_2)},\cdots\}=\omega^{\sup\{T(S_0),T(S_1),T(S_2),\cdots\}}=\omega^{T(S)}</math>。 | |||
由超限归纳法我们得出,对任意 PrSS 表达式 <math>S</math>,有 <math>T((0,S+1))=\omega^{T(S)}</math>。 | |||
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2025年7月5日 (六) 18:10的最新版本
枚举
PrSS 表达式 | 康托范式 |
---|---|
最终得到,PrSS 的极限是 .
互译方法
PrSS 和康托范式之间存在直接的转换关系.下面介绍 PrSS 到康托范式的转换:
对于待转换的 PrSS 表达式 ,首先找到 中所有的项 ,以这些 为起点把 分为若干个以 开头的子表达式,并在中间用加号连接.如果一个子表达式只有一项,即 ,则将其变为 .否则,将 变换为 ,其中 是将 中所有的项都减一后得到的表达式.
然后继续对 递归地进行操作,直到无法操作为止,就得到了对应的康托范式.
例如 PrSS 表达式 ,首先把它分为若干个 开头的子表达式并用加号连接,得到 ,随后将每个子表达式按照 的形式变换,得到 .随后,把指数上的 PrSS 继续递归变换. 变换为 . 变换为 .而 就是 .因此我们便得到了 对应的康托范式 .
证明
设 是一个 PrSS 表达式,我们用 表示 所对应的序数。例如,若 ,则 。
设 是两个 PrSS 表达式,我们用 表示将 首尾相连得到的 PrSS 表达式。例如,若 ,,则 。
设 是一个 PrSS 表达式,我们用 表示首项为 ,其余项为 中每一项 得到的自然数列。例如,若 ,则 。
设 是一个 PrSS 表达式,我们用 表示首项为在 结尾添加一项 得到的自然数列。例如,若 ,则 。
下面我们证明 PrSS 表达式与康托范式的互译方法。证明过程分为三步:
- 设 是两个 PrSS 表达式,则 。
- 设 是一个 PrSS 表达式,且除首项为 外不含其他 项,则 。
- 设 是一个 PrSS 表达式,则 。
命题 1:设 是两个 PrSS 表达式,则 。 对 使用超限归纳法。 若 是空表达式,则 且 。所以 成立。 若 是后继表达式,设 ,则 。 根据归纳假设,有 。 所以 。 若 是极限表达式,设 的展开式为 。 从坏根的定义可以看出, 的坏根位于 部分,所以 的坏部包含于 部分,所以 的展开式为 。 根据归纳假设,。 所以 。 由超限归纳法我们得出,对任意 PrSS 表达式 ,有 。
命题 2:设 是一个 PrSS 表达式,且除首项为 外不含其他 项,则 。 从坏根的定义可以看出, 的坏根是首项 ,所以 的展开式为 ,其中第 项为 个 首尾相连。 根据命题 1,这个基本列的第 项为 。所以 。
命题 3:设 是一个 PrSS 表达式,则 。 对 使用超限归纳法。 若 是空表达式,则 且 。所以 成立。 若 是后继表达式,设 ,则 。 根据归纳假设,有 。 因为 除首项为 外不含其他 项,根据命题 2,有 。 所以 。 若 是极限表达式,设 的展开式为 。 从坏根的定义可以看出, 的坏根位于 部分,所以 的坏部包含于 部分,所以 的展开式为 。 根据归纳假设,。 所以 。 由超限归纳法我们得出,对任意 PrSS 表达式 ,有 。