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Análisis ordinal

En la teoría de la prueba , el análisis ordinal asigna ordinales (a menudo grandes ordinales contables ) a las teorías matemáticas como una medida de su solidez. Si las teorías tienen el mismo ordinal de teoría de prueba, a menudo son equiconsistentes , y si una teoría tiene un ordinal de teoría de prueba mayor que otra, a menudo puede probar la consistencia de la segunda teoría.

Además de obtener el ordinal de la teoría de prueba de una teoría, en la práctica el análisis ordinal generalmente también proporciona otros datos sobre la teoría que se está analizando, por ejemplo, caracterizaciones de las clases de funciones demostrablemente recursivas, hiperaritméticas o de la teoría. [1]

Historia

El campo del análisis ordinal se formó cuando Gerhard Gentzen en 1934 utilizó la eliminación de cortes para demostrar, en términos modernos, que el ordinal de la teoría de la prueba de la aritmética de Peano es ε 0 . Véase la prueba de coherencia de Gentzen .

Definición

El análisis ordinal se refiere a teorías verdaderas y efectivas (recursivas) que pueden interpretar una porción suficiente de aritmética para hacer afirmaciones sobre notaciones ordinales.

El ordinal de la teoría de la prueba de tal teoría es el supremo de los tipos de orden de todas las notaciones ordinales (necesariamente recursivas , ver la siguiente sección) que la teoría puede demostrar que están bien fundadas : el supremo de todos los ordinales para los cuales existe una notación en Kleene. sentido tal que demuestra que es una notación ordinal. De manera equivalente, es el supremo de todos los ordinales tal que existe una relación recursiva en (el conjunto de números naturales) que lo ordena bien con el ordinal y tal que prueba la inducción transfinita de enunciados aritméticos para .

Notaciones ordinales

Algunas teorías, como los subsistemas de la aritmética de segundo orden, no tienen conceptualización ni forma de presentar argumentos sobre los ordinales transfinitos. Por ejemplo, para formalizar lo que significa que un subsistema de Z 2 "resulte estar bien ordenado", construimos en su lugar una notación ordinal con tipo de orden . Ahora puede trabajar con varios principios de inducción transfinitos a lo largo de , que sustituyen el razonamiento sobre ordinales de la teoría de conjuntos.

Sin embargo, existen algunos sistemas de notación patológica con los que es inesperadamente difícil trabajar. Por ejemplo, Rathjen ofrece un sistema de notación recursiva primitivo que está bien fundamentado si y sólo si PA es consistente, [2] p. 3 a pesar de tener un tipo de orden : incluir dicha notación en el análisis ordinal de PA daría como resultado una igualdad falsa .

límite superior

Para cualquier teoría que sea axiomatizable y sólida, la existencia de un orden recursivo que la teoría no logra demostrar que está bien ordenada se deriva del teorema de la limitación, y dichas notaciones ordinales demostrablemente bien fundadas están de hecho bien fundadas por la solidez. . Así, el ordinal de la teoría de la prueba de una teoría sólida que tiene una axiomatización siempre será un ordinal recursivo (contable) , es decir, menor que el ordinal de Church-Kleene . [2] Teorema 2.21

Ejemplos

Teorías con ordinal de teoría de prueba ω

Teorías con ordinal de teoría de prueba ω 2

Teorías con ordinal de teoría de prueba ω 3

La gran conjetura de Friedman sugiere que muchas matemáticas "ordinarias" pueden demostrarse en sistemas débiles que tienen esto como su ordinal de teoría de prueba.

Teorías con ordinal de teoría de prueba ω n (para n = 2, 3, ... ω)

Teorías con ordinal de teoría de prueba ω ω

Teorías con ordinal de teoría de prueba ε 0

Teorías con el ordinal de teoría de prueba, el ordinal de Feferman-Schütte Γ 0

A veces se considera que este ordinal es el límite superior de las teorías "predicativas".

Teorías con el ordinal de teoría de la prueba, el ordinal de Bachmann-Howard

Las teorías de conjuntos de Kripke-Platek o CZF son teorías de conjuntos débiles sin axiomas para el conjunto de potencias completo dado como conjunto de todos los subconjuntos. En cambio, tienden a tener axiomas de separación restringida y formación de nuevos conjuntos, o conceden la existencia de ciertos espacios funcionales (exponenciación) en lugar de separarlos de relaciones más grandes.

Teorías con ordinales de teoría de prueba más grandes

Problema no resuelto en matemáticas :

¿Cuál es el ordinal de la teoría de la prueba de la aritmética completa de segundo orden? [4]

La mayoría de las teorías capaces de describir el conjunto de potencias de los números naturales tienen ordinales de teoría de prueba que son tan grandes que aún no se ha dado ninguna descripción combinatoria explícita. Esto incluye aritmética completa de segundo orden ( ) y teorías de conjuntos con conjuntos de potencias que incluyen ZF y ZFC. La fuerza del ZF intuicionista (IZF) es igual a la del ZF.

Tabla de análisis ordinales

Llave

Esta es una lista de símbolos utilizados en esta tabla:

Esta es una lista de las abreviaturas utilizadas en esta tabla:

Un superíndice cero indica que se elimina la inducción (lo que debilita significativamente la teoría).

Ver también

Notas

1. ^ Para
2. ^ La función de Veblen con puntos mínimos fijos numerables e infinitamente iterados. [ se necesita aclaración ]
3. ^ También se puede escribir comúnmente como en ψ de Madore.
4. ^ Utiliza ψ de Madore en lugar de ψ de Buchholz.
5. ^ También se puede escribir comúnmente como en ψ de Madore.
6. ^ representa el primer ordinal recursivamente débilmente compacto. Utiliza la ψ de Arai en lugar de la ψ de Buchholz.
7. ^ También el ordinal de la teoría de la prueba de , ya que la cantidad de debilitamiento dada por los tipos W no es suficiente.
8. ^ representa el primer cardenal inaccesible. Utiliza la ψ de Jäger en lugar de la ψ de Buchholz.
9. ^ representa el límite de los cardenales inaccesibles. Utiliza (presumiblemente) ψ de Jäger.
10. ^ representa el límite de los cardenales inaccesibles. Utiliza (presumiblemente) ψ de Jäger.
11. ^ representa el primer cardenal Mahlo. Utiliza la ψ de Rathjen en lugar de la ψ de Buchholz.
12. ^ representa el primer cardenal débilmente compacto. Utiliza Ψ de Rathjen en lugar de ψ de Buchholz.
13. ^ representa el primer cardenal indescriptible. Utiliza Ψ de Stegert en lugar de ψ de Buchholz.
14. ^ es el más pequeño tal que ' es -indescriptible') y ' es -indescriptible '). Utiliza Ψ de Stegert en lugar de ψ de Buchholz.
15. ^ representa el primer cardenal Mahlo. Utiliza (presumiblemente) la ψ de Rathjen.

Citas

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Referencias