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Mahlo基数
在数学中,Mahlo基数是某种大基数。Mahlo基数首先由PaulMahlo(1911,1912,1913)描述。与所有大基数一样,ZFC无法证明这些Mahlo基数变种存在(假设ZFC是一致的)。
一个基数κ被称为强Mahlo如果κ是强不可达且集合U={λ<κ∣λisstronglyinaccessible}在κ中是静止的。
基数κ被称为弱Mahlo如果κ是弱不可达且弱不可达基数集小于κ是静止的κ.
“Mahlo基数”一词现在通常意味着“强Mahlo基数”,儘管Mahlo最初考虑的大基数是弱Mahlo基数。
Mahlo基数的最小充分条件
如果κ是极限序数并且小于κ的规则序数集在κ中是静止的,则κ是弱Mahlo。
证明这一点的主要困难是证明κ是规则的。我们将假设它不是规则的,并构造一个clubset,它给我们一个μ,使得:
μ=cf(μ)<cf(κ)<μ<κ这是一个矛盾。
如果κ不规则,则cf(κ)<κ。我们可以选择一个严格递增且连续的cf(κ)-序列,该序列以cf(κ)+1开始,并以κ为极限。该序列的限制将是κ中的clubset。所以在这些限制中必须有一个规则的μ。所以μ是cf(κ)序列的初始子序列的极限。因此,它的共定性小于κ的共定性,同时又大于它;这是一个矛盾。因此,κ不规则的假设一定是错误的,即κ是规则的。
下面不能存在静止集ℵ₀具有所需属性,因为{2,3,4,...}是ω中的俱乐部,但不包含正则序数;所以κ是不可数的。这是常规大基数的常规限制;所以它是弱不可达的。然后使用低于κ的不可数极限基数集作为clubset,以表明可以假设静止集由弱不可达集组成。
如果κ是弱Mahlo并且也是一个强极限,那麽κ是Mahlo。
κ是弱不可达和强限制,所以它是强不可达的。
我们证明了低于κ的不可数强极限基数的集合是κ中的clubset。令μ0为阈值和ω1中的较大者。对于每个有限n,令μn+1=2μn小于κ,因为它是一个强极限基数。那麽它们的极限是一个强极限基数,并且根据其规律性小于κ。不可数强极限基数的极限也是不可数强极限基数。所以它们的集合是κ中的clubset。将该clubset与小于κ的弱不可达基数的静止集相交,以获得小于κ的强不可达基数的静止集。
示例:显示Mahlo基数κ是κ不可达的(超不可达)
术语“超不可达”是模棱两可的。在本节中,如果基数κ是κ不可达的(与更常见的1不可达的含义相反),则它被称为超不可达。
假设κ是Mahlo。我们通过对α的超限归纳来证明对于任何α≤κ,κ是α不可达的。因为κ是Mahlo,所以κ是不可达的;因此0-不可达,这是同一回事。
如果κ是α不可达的,那麽存在任意接近κ的β不可达(对于β<α)。考虑大于某个阈值但小于κ的此类β-不可达的同时限制的集合。它在κ中是无界的(想像在β<αω次的情况下旋转通过β不可达项,每次选择一个更大的基数,然后按规律取小于κ的极限(如果α≥κ则失败))。它是封闭的,所以它是κ中的clubset。因此,根据κ的Mahlo-ness,它包含一个不可达的。那个不可达实际上是一个α-不可访问。所以κ是α+1-不可达的。
如果λ≤κ是极限序数并且κ对于所有α<λ是α不可达的,那麽对于某些α<λ,每个β<λ也小于α。所以这个案子是微不足道的。特别是,κ是κ不可达的,因此是超不可达的。
为了证明κ是超不可达的极限,因此是1-超不可达,我们需要证明对于每个α<μ都是α不可达的基数μ<κ的对角线集是κ中的clubset。选择一个高于阈值的0-inaccessible,称之为α0。然后选择一个α0-inaccessible,称它为α1.不断重複这一点并在极限处取极限,直到达到一个固定点,称之为μ。那麽μ具有所需的属性(对于所有α<μ的α不可访问的同时限制)并且按规律小于κ。此类基数的极限也有性质,所以它们的集合是κ中的clubset。根据κ的Mahlo-ness,在这个集合中有一个不可达基数并且它是超不可达的。所以κ是1-hyper-inaccessible。我们可以将这个相同的clubset与小于κ的静止集相交,得到一组小于κ的超不可达的静止集。
κ是α超不可达的证明的其馀部分模彷了它是α不可访问的证明。所以κ是超超不可达的,等等。
α-Mahlo、hyper-Mahlo和极大Mahlo基数
术语α-Mahlo是模棱两可的,不同的作者给出了不等价的定义。一个定义是,对于某个序数α,基数κ被称为α-Mahlo,如果κ是强不可达的,并且对于每个序数β<α,低于κ的β-Mahlo基数集在κ中是固定的。然而,条件“κisstronginaccessible”有时会被其他条件代替,例如“κisregular”或“κisweaklyinaccessible”或“κisMahlo”。我们可以定义“hyper-Mahlo”、“α-hyper-Mahlo”、“hyper-hyper-Mahlo”、“weaklyα-Mahlo”、“weaklyhyper-Mahlo”、“weaklyα-hyper-Mahlo”等等上,通过类比对不可达基数的定义,例如,如果基数κ是κ-Mahlo,则称为超-Mahlo。
基数κ极大地是Mahlo或κ+-Mahlo当且仅当它不可达并且在Mahlo运算下闭合的κ的幂集上存在正常(即非平凡且在对角线交点下闭合)κ-完全滤波器,它将序数集S映射到{α∈S:α具有不可数的共尾性并且S∩α在α中是平稳的}
如果我们将宇宙替换为内部模型,则保留了不可接近、Mahlo、弱Mahlo、α-Mahlo、极大Mahlo等特性。
每个反射基数都比一个大的Mahlo严格地具有更多的一致性强度,但不可达的反射基数不是一般的Mahlo
Mahlo
如果X是一类序数,我们可以形成一类新的序数M(X),由不可数共尾的序数α组成,使得α∩X在α中是静止的。这种操作M称为Mahlo操作。它可以用来定义Mahlo基数:例如,如果X是常规基数的类,则M(X)是弱Mahlo基数的类。α具有不可数共尾性的条件保证了α的封闭无界子集在交集下是封闭的,从而形成一个过滤器;在实践中X的元素通常已经有不可数的共定性,在这种情况下,这个条件是多馀的。一些作者添加了α在X中的条件,这在实践中通常没有什麽区别,因为它通常是自动满足的。
对于固定的规则不可数基数κ,Mahlo运算会在κ的所有子集的布尔代数上以非平稳理想为模进行运算。
Mahlo操作可以如下进行超限迭代:
M0(X)=X
Mα+1(X)=M(Mα(X))
如果α是极限序数,则Mα(X)是Mβ(X)的交集,因为β<α
这些迭代的Mahlo操作产生α-Mahlo基数类,从强不可达基数类开始。
也可以通过定义对这个过程进行对角化
MΔ(X)是在Mβ(X)中对于β<α的序数α的集合。
当然,这个对角化过程也可以迭代。对角化Mahlo运算产生超Mahlo基数,依此类推。
Mahlo基数和反射原理
公理F是关于序数上的每个正规函数都有一个固定不动点的陈述。(这不是一阶公理,因为它量化了所有正规函数,因此可以将其视为二阶公理或公理方案。)如果基数上的每个正规函数都有一个正则,则称为Mahlo不动点,所以公理F在某种意义上说所有序数的类是Mahlo。基数κ是Mahlo当且仅当公理F的二阶形式在Vκ中成立。公理F反过来等价于以下陈述:对于任何带参数的公式φ,存在任意大的不可达的序数α,使得Vα反映φ(换句话说,φ在Vα中成立)当且仅当它在整个宇宙中成立)