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无穷基数的平方等于自身:修订间差异

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无编辑摘要
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== <math>\aleph_\alpha\times\aleph_\alpha=\aleph_\alpha</math> 的证明 ==
'''定理'''


证明:我们如下定义 <math>\mathrm{Ord}^2</math> 上的良序:
对任意序数 <math>\alpha</math>,有 <math>\aleph_\alpha\times\aleph_\alpha=\aleph_\alpha</math>.
 
'''证明'''
 
我们如下定义 <math>\mathrm{Ord}^2</math> 上的良序:


<math display=block>
<math display=block>
第11行: 第15行:
</math>
</math>


可以证明,这个序是一个良序。
可以证明,这个序是一个良序.


我们令 <math>\Gamma(\alpha,\beta)</math> 表示集合 <math>\{(\gamma,\delta)\in\mathrm{Ord}^2\mid(\gamma,\delta)<(\alpha,\beta)\}</math> 的序型。可以证明,<math>\Gamma:\mathrm{Ord}^2\to\mathrm{Ord}</math> 保序且一对一。
我们令 <math>\Gamma(\alpha,\beta)</math> 表示集合 <math>\{(\gamma,\delta)\in\mathrm{Ord}^2\mid(\gamma,\delta)<(\alpha,\beta)\}</math> 的序型.可以证明,<math>\Gamma:\mathrm{Ord}^2\to\mathrm{Ord}</math> 保序且一对一.


下面用 <math>\Gamma[\alpha\times\beta]</math> 表示 <math>\{\Gamma(\gamma,\delta)\mid(\gamma,\delta)\in\alpha\times\beta\}</math>,即集合 <math>\alpha\times\beta</math> 在 <math>\Gamma</math> 下的像集。
下面用 <math>\Gamma[\alpha\times\beta]</math> 表示 <math>\{\Gamma(\gamma,\delta)\mid(\gamma,\delta)\in\alpha\times\beta\}</math>,即集合 <math>\alpha\times\beta</math> 在 <math>\Gamma</math> 下的像集.


注意到 <math>\Gamma[\omega_\alpha\times\omega_\alpha]=\Gamma(0,\omega_\alpha)\ge\omega_\alpha</math>,以及 <math>\mathrm\Gamma[\omega\times\omega]=\omega</math>(取对角线计数)。
注意到 <math>\Gamma[\omega_\alpha\times\omega_\alpha]=\Gamma(0,\omega_\alpha)\ge\omega_\alpha</math>,以及 <math>\mathrm\Gamma[\omega\times\omega]=\omega</math>(取对角线计数).


我们要证 <math>\aleph_\alpha\times\aleph_\alpha=\aleph_\alpha</math>,只需证 <math>\Gamma[\omega_\alpha\times\omega_\alpha]=\omega_\alpha</math>
我们要证 <math>\aleph_\alpha\times\aleph_\alpha=\aleph_\alpha</math>,只需证 <math>\Gamma[\omega_\alpha\times\omega_\alpha]=\omega_\alpha</math>


使用反证法。令 <math>\alpha</math> 是使得 <math>\omega_\alpha<\Gamma[\omega_\alpha\times\omega_\alpha]</math> 的最小序数,则存在 <math>\beta,\gamma<\omega_\alpha</math> 使得 <math>\Gamma(\beta,\gamma)=\omega_\alpha</math>
使用反证法.令 <math>\alpha</math> 是使得 <math>\omega_\alpha<\Gamma[\omega_\alpha\times\omega_\alpha]</math> 的最小序数,则存在 <math>\beta,\gamma<\omega_\alpha</math> 使得 <math>\Gamma(\beta,\gamma)=\omega_\alpha</math>


那么我们取 <math>\delta</math> 满足 <math>\max\{\beta,\gamma\}<\delta<\omega_\alpha</math>,则 <math>\omega_\alpha=\Gamma(\beta,\gamma)\in\Gamma[\delta\times\delta]</math>
那么我们取 <math>\delta</math> 满足 <math>\max\{\beta,\gamma\}<\delta<\omega_\alpha</math>,则 <math>\omega_\alpha=\Gamma(\beta,\gamma)\in\Gamma[\delta\times\delta]</math>


取上式两侧的基数,得到 <math>\aleph_\alpha<|\delta\times\delta|</math>
取上式两侧的基数,得到 <math>\aleph_\alpha<|\delta\times\delta|</math>


因为 <math>\delta>\max\{\beta,\gamma\}\ge\omega</math>,所以可设 <math>\delta</math> 的基数为 <math>\aleph_\xi</math>,其中 <math>\xi<\alpha</math>
因为 <math>\delta>\max\{\beta,\gamma\}\ge\omega</math>,所以可设 <math>\delta</math> 的基数为 <math>\aleph_\xi</math>,其中 <math>\xi<\alpha</math>


我们刚才设 <math>\alpha</math> 是使得 <math>\omega_\alpha<\Gamma(\omega_\alpha\times\omega_\alpha)</math> 的最小序数,所以 <math>\omega_\xi=\Gamma[\omega_\xi\times\omega_\xi]</math>,即 <math>\aleph_\xi=\aleph_\xi\times\aleph_\xi</math>
我们刚才设 <math>\alpha</math> 是使得 <math>\omega_\alpha<\Gamma(\omega_\alpha\times\omega_\alpha)</math> 的最小序数,所以 <math>\omega_\xi=\Gamma[\omega_\xi\times\omega_\xi]</math>,即 <math>\aleph_\xi=\aleph_\xi\times\aleph_\xi</math>


所以 <math>|\delta\times\delta|=|\delta|\times|\delta|=\aleph_\xi\times\aleph_\xi=\aleph_\xi<\aleph_\alpha</math>,矛盾。
所以 <math>|\delta\times\delta|=|\delta|\times|\delta|=\aleph_\xi\times\aleph_\xi=\aleph_\xi<\aleph_\alpha</math>,矛盾.


因此,对任意序数 <math>\alpha</math>,都有 <math>\aleph_\alpha\times\aleph_\alpha=\aleph_\alpha</math>
因此,对任意序数 <math>\alpha</math>,都有 <math>\aleph_\alpha\times\aleph_\alpha=\aleph_\alpha</math>

2025年7月29日 (二) 15:59的版本

定理

对任意序数 α,有 α×α=α

证明

我们如下定义 Ord2 上的良序:

(α,β)<(γ,δ)max{α,β}<max{γ,δ}(max{α,β}=max{γ,δ}α<γ)(max{α,β}=max{γ,δ}α=γβ<δ)

可以证明,这个序是一个良序.

我们令 Γ(α,β) 表示集合 {(γ,δ)Ord2(γ,δ)<(α,β)} 的序型.可以证明,Γ:Ord2Ord 保序且一对一.

下面用 Γ[α×β] 表示 {Γ(γ,δ)(γ,δ)α×β},即集合 α×βΓ 下的像集.

注意到 Γ[ωα×ωα]=Γ(0,ωα)ωα,以及 Γ[ω×ω]=ω(取对角线计数).

我们要证 α×α=α,只需证 Γ[ωα×ωα]=ωα

使用反证法.令 α 是使得 ωα<Γ[ωα×ωα] 的最小序数,则存在 β,γ<ωα 使得 Γ(β,γ)=ωα

那么我们取 δ 满足 max{β,γ}<δ<ωα,则 ωα=Γ(β,γ)Γ[δ×δ]

取上式两侧的基数,得到 α<|δ×δ|

因为 δ>max{β,γ}ω,所以可设 δ 的基数为 ξ,其中 ξ<α

我们刚才设 α 是使得 ωα<Γ(ωα×ωα) 的最小序数,所以 ωξ=Γ[ωξ×ωξ],即 ξ=ξ×ξ

所以 |δ×δ|=|δ|×|δ|=ξ×ξ=ξ<α,矛盾.

因此,对任意序数 α,都有 α×α=α