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Análisis ordinal

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

Además de obtener el ordinal demostrativo de una teoría, en la práctica el análisis ordinal suele producir también otros datos sobre la teoría que se analiza, por ejemplo caracterizaciones de las clases de funciones recursivas, hiperaritméticas o demostrables 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 teórico de la demostración de la aritmética de Peano es ε 0 . Véase la demostración de consistencia de Gentzen .

Definición

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

El ordinal demostrativo de una teoría de este tipo es el supremo de los tipos de orden de todas las notaciones ordinales (necesariamente recursivas , véase la siguiente sección) que la teoría puede probar que están bien fundadas —el supremo de todos los ordinales para los que existe una notación en el sentido de Kleene tal que prueba que es una notación ordinal. Equivalentemente, es el supremo de todos los ordinales tales que existe una relación recursiva en (el conjunto de números naturales) que lo ordena bien con ordinal y tal que prueba la inducción transfinita de enunciados aritméticos para .

Notaciones ordinales

Algunas teorías, como los subsistemas de aritmética de segundo orden, no tienen una conceptualización o una forma de argumentar sobre los ordinales transfinitos. Por ejemplo, para formalizar lo que significa que un subsistema de Z 2 "resulte bien ordenado", construimos en cambio una notación ordinal con el tipo de orden . ahora podemos trabajar con varios principios de inducción transfinita junto con , que sustituyen el razonamiento sobre los ordinales de la teoría de conjuntos.

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

Límite superior

Como una notación ordinal debe ser recursiva, el ordinal de prueba teórica de cualquier teoría es menor o igual que el ordinal de Church-Kleene . En particular, el ordinal de prueba teórica de una teoría inconsistente es igual a , porque una teoría inconsistente prueba trivialmente que todas las notaciones ordinales están bien fundadas.

Para cualquier teoría que sea a la vez -axiomatizable y -sólida, la existencia de un orden recursivo que la teoría no puede demostrar que está bien ordenado se sigue del teorema de acotación, y dichas notaciones ordinales demostrablemente bien fundadas están de hecho bien fundadas por -sólida. Por lo tanto, el ordinal demostrativo de una teoría -sólida que tiene una axiomatización siempre será un ordinal recursivo (contable) , es decir, estrictamente menor que . [2] Teorema 2.21

Ejemplos

Teorías con ordinal ω demostrativo

Teorías con ordinal ω demostrativo2

Teorías con ordinal ω demostrativo3

La gran conjetura de Friedman sugiere que muchas matemáticas "ordinarias" pueden demostrarse en sistemas débiles que tengan este como su ordinal de prueba teórica.

Teorías con ordinal ω demostrativonorte(paranorte= 2, 3, ... ω)

Teorías con ordinal ω demostrativoω

Teorías con ordinal ε demostrativo0

Teorías con ordinal de prueba teóricaOrdinal de Feferman-Schütte Γ 0

Este ordinal se considera a veces el límite superior de las teorías "predicativas".

Teorías con ordinal de prueba teóricaOrdinario de Bachmann-Howard

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

Teorías con ordinales demostrativos más grandes

Problema sin resolver en matemáticas :
¿Cuál es el ordinal demostrativo teórico de la aritmética completa de segundo orden? [4]

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

En general, un subíndice 0 significa que el esquema de inducción está restringido a un solo conjunto de axiomas de inducción.

Un superíndice cero indica que se elimina la -inducción (lo que hace que la teoría sea significativamente más débil).

Véase también

Notas

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

Citas

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Referencias