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集合论第二卷概念辨析

将逻辑语言内在为集合论语言过程中出现的概念、定义整理

集合论第二卷概念辨析

项、表达式、语句

项,即是表达式的基本组成单元,由常元、变元、函数符号、逻辑谓词、$=$拼接而成,比如$t_1=t_2,F(x_1,x_2,c_1,c_2)$等($t_i,x_i$为变元,$c_i$为常元,$F$为函数符号)

表达式,即由项和逻辑连接符$\wedge,\vee,\neg,\rightarrow,\leftrightarrow$连接而成,比如$\forall t_1\forall t_2 t_1=t_2,\exists x_1 F(x_1,x_2,c_1,c_2)$等

语句,一种特殊的表达式,其中不含有自由变元,比如上面的$\forall t_1\forall t_2 t_1=t_2$就是语句,而$\exists x_1 F(x_1,x_2,c_1,c_2)$则不是语句,因为$x_2$是自由变元

理论,语句的一个集合,说明一个理论时还应指定其是针对于哪一个语言的(明确公理等)

谓词

在集合论中,我们自然会需要将谓词转换为集合论语言,也就是集合或者真类,不过这两者的转换关系如何呢?一般而言,我们定义对于集合或者真类$A$,其对应的谓词$P_A$是如下定义的

\[P_A(x)\Longleftrightarrow x\in A\]

模型

定义见辨析
尽管书上并没有明确直接指出来的定义,但是其含义的理解可以见模型的理解

引理1.12

页数:78页(书59页)
如果$M$是传递集合,$\sigma\in(M)^{<\omega}$,$\phi$是一个表达式,那么三元关系

\[((M,\in),\sigma)\vDash\phi\]

是一个(在$\mathrm{KP}$基础上)$\Delta-$可引入的关系

引理1.13

设$M$是一个非空传递集合,${a_1,\dots,a_n}\in[M]^n$

\[\phi (x_{0},x_{1},\dots ,x_{n})\]

是一个彰显全部自由变元的解析表达式,那么,对于任意的 $a\in M$ 令

\[\sigma (0) = a,\sigma (1) = a_{1},\dots ,\sigma (n) = a_{n},\]

都有

\[\phi^{M}[a,a_{1},\dots ,a_{n}]\leftrightarrow (M,\sigma)\vDash \phi\]

意义

通过模型,我们可以将在外部对于集合和公理体系的探讨转换到内部的,对于集合的关系间的探讨,这将我们的高度压低,能够从俯视的角度审视公理体系。

力迫法

所有书中关于力迫法的内容中,模型$M$都默认是$ZFC$的可数模型,因为模型不同会导致很多性质变动

力迫构思

如果偏序集$\mathbb P=(P,<)$满足

  1. $\mathbb{P}$是一个可分偏序(也就是说内部处处都有分歧,一直都有相互矛盾的语句)
  2. $P$中有一个$\leq$最大元$\mathbf{1}\in P$即$\forall p\in P(p\leq 1)$

则称$\mathbb P=(P,<)$为力迫构思

$P$上的偏序$<$是一个可分偏序当且仅当 \(\forall p\in P\forall q\in P[(p\not\leq q)\to \exists s\leq p(\neg (\exists r\in P(r< s\land r< q)))]\)

这里面$\mathbf 1$代表力迫法起始的模型,因为其是最弱的条件

力迫条件

对于$\mathbb P$中的元素,每一个都叫一个力迫条件,而如果对于$p,q$有$p<q$,那么我们说条件$p$比条件$q$更强。越小越强则是为了和集合的包含关系做匹配。

同样的,如果说两个条件$p,q$相容,那是说$\exists s(s<p\wedge s<q)$,如果不存在$s$那就是相互冲突(此时记为$p\perp q$)。

滤子和稠密开子集

这个滤子和第一卷的定义是一样的,如下:
设$\mathbb{P}=(P,<,1)$是一个力迫构思。$P$的一个非空子集$F$是$\mathbb{P}$上的一个滤子当且仅当

  1. $\forall p\in F\forall q\in F\exists r\in F(r\leq p\land r\leq q)$
  2. $\forall p\in F\forall q\in P(p\leq q\rightarrow q\in F)$

可以注意到滤子中的条件都是相容的,而$\mathbb P$自身则是处处充满矛盾。所以滤子不意味着大多数条件的性质,反而意思是专注于我们关心的那一小簇条件的演化。

同样的,这里也有类似荟萃子集的东西,也就是稠密开子集,定义如下:

  1. 称$D$是$\mathbb{P}$的稠密子集当且仅当$\forall p\in P\exists q\in D(q\leq p)$(类似还有在某个$p$之下稠密,意义很明显,就不再赘述了)
  2. 称$D$是$\mathbb{P}$的一个开子集当且仅当$\forall p\in P\forall q\in P((p\in D\land q\leq p)\to q\in D)$

如果一个集合$\mathcal D$收集了很多稠密开子集,而一个滤子$F$又能与所有$D\in\mathcal D$都有交,就称$F$是$\mathcal D-$泛型滤子。如果是对一个模型$M$,$\mathbb P\in M$,$F$能与所有$D\in M$且是$\mathbb P$的稠密开子集有交,那就称$F$是$M-$泛型滤子或者简称$\mathbb P-$泛型滤子。

此外关于$\mathbb P-$泛型滤子有定理:如果$M\vDash ZFC$是一个可数传递模型,$\mathbb P\in M$是一个力迫构思,$G\subset P$是一个$M$之上的$\mathbb P-$泛型滤子,那么$G\notin M$。

最初我对这部分始终难以理解为什么$G$能不在$M$中,这部分请详见问题

力迫语言

力迫名字:
假设模型$M$,$\mathfrak P\in M$是一个力迫构思。一个集合$\tau$是一个$\mathbb{P}-$名字当且仅当$\tau$是一个二元关系, 并且对于任意的$(\sigma , p) \in \tau$,$\sigma$也是一个$\mathbb{P}-$名字以及$p\in P$

名字中最常使用和出现的我们称之为典型名字,比如:

  1. 对于每一个集合$x$,称名字\(\check{x}=\{(\check{y},1)\mid y\in x\}\)为集合$x$的典型名字,并且用记号$\check{x}$来表示集合$x$的典型名字
  2. 令\(\dot{G}=\{(\check{p},p)\mid p\in P\}\)。称集合$\dot{G}$为力迫构思$\mathbb{P}-$泛型滤子的典型名字
  3. 一个$\mathbb{P}-$偏序集名字$\dot{\mathbb{Q}}$是一个满足下述要求的$\mathbb{P}-$名字三元组$\dot{\mathbb{Q}} = (\dot{Q},\dot{\leqslant}_{Q},\dot{\mathbf{1}}_{Q}):\ \dot{\mathbf{1}}_{Q}\in \mathrm{dom}(\dot{Q})$以及 \(1_\mathbb P\Vdash[(\dot{\mathbf 1}_Q\in\dot Q)\wedge(\dot\leq_Q是\dot Q 上的一个偏序,且\dot{\mathbf 1}_Q是最大元)]\)

全体名字的集合我们可以记作$M^\mathbb P$1。而力迫语言就是基于这些名字构造出来的,对于一个力迫构思$\mathbb{P}$而言,$\mathbb{P}-$力迫语言,记成\(\mathcal{F}\mathcal{L}_{\mathbb{P}}\),是由二元关系符号$\in$以及以全体$\mathbb{P}-$名字为常元符号所组成的逻辑表达式的类。换句话说,$\mathbb{P}$力迫语言\(\mathcal{F}\mathcal{L}_{\mathbb{P}}\)恰好由下述集合组成: \(\phi (\tau_{1},\dots ,\tau_{n})\),其中$\phi (\upsilon_{1},\dots ,\upsilon_{n})$是一个彰显自由变元符号的语言\(\mathcal{L}_{\in}\)的表达式,\(\tau_{1},\dots ,\tau_{n}\)是$\mathbb{P}-$名字,\(\phi (\tau_{1},\dots ,\tau_{n})\)是用这些名字分别替换相应的自由变元符号之后得到的解析表达式,也就是力迫语言的语句。此外我们还以记号$\mathcal{AL}_\mathbb P$来记那些只是等于关系式($\tau=\sigma$)或者属于($\tau\in\sigma$)关系式组成的类

但是这些语句是不能直接使用的,因为它们当中还包含了不少的名字,在每一个具体的扩张模型$M[G]$中,我们还需要对语句中的所有名字都进行解释,也就是下面说的用$\check x/G$代替语句中的$\check x$,这才能得到真正模型中的语句。

力迫扩张

定义了语言之后我们就需要对模型进行扩张了。假设模型$M$,力迫构思$\mathbb P\in M$,$G\subset P$是$M-$泛型滤子。

对于$\tau\in M^\mathbb P$1(也就是一个名字)在$G$下的解释,记作$\tau/G$为下述集合

\[\tau/G=\{\sigma/G\mid(\exists p\in G((\sigma,p)\in\tau))\}\]

最后令$M[G]={\tau/G\mid\tau\in M^\mathbb P}$1,而\((M[G],\in,\tau/G)_{\tau\in M^\mathbb P}\)1 为\(\mathcal{F}\mathcal{L}_{\mathbb{P}}\cap M\)的一个力迫扩张结构,一般直接用$M[G]$来表示这个扩张结构。241页(书222页)推论3.3表明如果$M$是$ZFC$的可数模型$M[G]$实际上$M[G]$还是$ZFC$的可数模型(但是好像不是任何公理体系都有类似结论),其中除了同一性公理、$\in-$极小原理(证明见习题)、无穷公理、配对公理、并集公理,其他公理的证明均需要使用真相引理可定义性引理来证明(见269页,或书250页以及后面几页)。

而且,对于任何的命题$\varphi\in\mathcal {FL}^\mathbb P$,$M[G]$都必须对其做出判断,也就是要么$M[G]\vDash\varphi$,要么$M[G]\vDash(\neg\varphi)$,不能有无法判断的情况(可定义性引理保证)。

力迫关系

符号

力迫乘积

若$\mathbb{P,Q}$都是$M$中的一个力迫构思,则$\mathbb P\times\mathbb Q$是下述偏序集合$(P\times Q,\leq,\mathbf 1)$

  • 论域为$P\times Q$
  • 偏序关系是

    \[(p_{1},q_{1})\leqslant (p_{2},q_{2})\iff [p_{1}\leqslant_Pp_{2}\land q_{1}\leqslant_Qq_{2}];\]
  • $\mathbf1 = (\mathbf1_P, \mathbf1_Q)$

若$G_{0}\subseteq P$和$G_{1}\subseteq Q$为两个滤子同时有下述三个语句等价

  • $G_{0} \times G_{1}$是$M$之上的$\mathbb{P} \times \mathbb{Q}-$泛型滤子
  • $G_{0}$是$M$之上的$\mathbb{P}$泛型滤子,并且$G_{1}$是$M[G_{0}]$之上的$\mathbb{Q}$泛型滤子
  • $G_{1}$是$M$之上的$\mathbb{Q}$泛型滤子,并且$G_{0}$是$M[G_{1}]$之上的$\mathbb{P}$泛型滤子 且若上述三者成立,有
\[M[G_{0}\times G_{1}] = M[G_{0}][G_{1}] = M[G_{1}][G_{0}]\]

反过来,若$G$是$\mathbb P\times\mathbb Q-$泛型滤子,那么令$G_0={p\in P\mid \exists q\in Q((p,q)\in G)},G_1={q\in Q\mid \exists p\in P((p,q)\in G)}$。则$G=G_0\times G_1$,$G_0$是$M$上的$\mathbb P-$泛型滤子,$G_1$是$M[G_0]$上的$\mathbb Q-$泛型滤子。

迭代偏序

设$\mathbb{P}$为一个力迫构思,令$\mathbb{Q}$为一个$\mathbb{P}-$偏序集名字,$\mathbb{P}$与$\dot{\mathbb{Q}}$的一步迭代是如下定义的偏序集$\mathbb{P}*\dot{\mathbb{Q}}$ :

  1. $P*\dot{Q} = {(p,\dot{q})\mid p\in P\land \dot{q}\in \mathrm{dom}(\dot{Q})\land p\Vdash \dot{q}\in \dot{Q}}$
  2. $(p_{1},\dot{q}_1)\leqslant_{P*\dot{Q}}(p_{2},\dot{q}_2)\iff [p_{1}\leqslant_{P}p_{2}\land p_1\Vdash \dot{q}_{1}\leqslant_{Q}\dot{q}_2]$
  3. $\mathbf{1}_{P*\dot{Q}} = \left(\mathbf{1}_{\mathbb{P}},\dot{\mathbf{1}}_{Q}\right)$

有趣的是,这种力迫构思的一步迭代是前面的力迫乘积的一种自然推广,存在一个从它们的乘积偏序$\mathbb{P}\times \mathbb{Q}$到它们的迭代偏序$\mathbb{P}*\dot{\mathbb{Q}}$的稠密嵌入映射,其中$\dot{\mathbb{Q}}$是$\mathbb{Q}$的$\mathbb{P}-$名字

此偏序还有性质:

  1. 如果$G$是$M$之上的一个$\mathbb{P}$泛型滤子,$H$是$M[G]$之上的一个$\dot{\mathbb{Q}} /G$泛型滤子,那么

    \[G*H = \{(p,\dot{q})\in P*\dot{Q}\mid p\in G\wedge \dot{q} /G\in H\}\]

    是$M$之上的一个$\mathbb{R} = \mathbb{P}*\dot{\mathbb{Q}}$泛型滤子

  2. 如果$K$是$M$之上的一个$\mathbb{R}$泛型滤子
    1. 令$G = {p\in P\mid \exists \dot{q}\in \operatorname {dom}(\dot{Q})(p,\dot{q})\in K}$,那么$G$是$M$之上的一个$\mathbb{P}$泛型滤子
    2. 令$H = {\dot{q} /G\mid\dot{q}\in \operatorname {dom}(\dot{Q})\wedge \exists p(p,\dot{q})\in K}$,那么$H$是$M[G]$之上的一个$\dot{\mathbb{Q}} /G$泛型滤子
    3. $K = G*H$
  3. 如果$M\vDash \kappa$是一个正则基数。如果$M\vDash \mathbb{P}$满足$\kappa-$链条件,并且$\mathbf{1}_{\mathbb{P},M}\Vdash \dot{\mathbb{Q}}$满足$\check{\kappa}$链条件,那么$M\vDash \mathbb{P}*\dot{\mathbb{Q}}$满足$\kappa-$链条件

当然,它都叫一次迭代了,就说明我们还可以更进一步,到$\omega$,甚至$\gamma\in\text{Ord}$步的构造(远超力迫乘积),定义如下:

  1. 一个长度为$\alpha +1$的双序列

    \[\left(\langle (P_{\xi},\leqslant_{\xi},\mathbf{1}_{\xi})\mid 1\leqslant \xi \leqslant \alpha +1\rangle ,\left\langle \left(\dot{Q}_{\gamma},\dot{\leqslant}_{\gamma},\mathbf{\dot 1}_{\gamma}\right)\mid \gamma \leqslant \alpha \right\rangle\right)\]

    被称为一个长度为$\alpha +1$的有限支撑选代力迫构造当且仅当它满足下述要求:

    1. $\forall 1\leqslant \beta \leqslant \alpha \left(\langle (P_{\xi},\leqslant_{\xi},\mathbf{1}_{\xi})\mid 1\leqslant \xi \leqslant \beta \rangle ,\left\langle \left(\dot{Q}_{\gamma},\dot{\leqslant}_{\gamma},\mathbf{\dot 1}_{\gamma}\right)\mid \gamma < \beta \right\rangle\right)$是一个长度为$\beta$的有限支撑选代力迫构造

    2. $\left(\dot{Q}_{\alpha},\dot{\leqslant}_{\alpha},\mathbf{\dot 1}_{\alpha}\right)$是一个$\mathbb{P}_{\alpha}-$偏序集名字

    3. \[\begin{array}{r}{\mathrm{~\psi~}\forall p\left(\begin{array}{l}{p\in P_{\alpha+1}\leftrightarrow}\\ {\left(\begin{array}{l}{\mathrm{dom}(p)=\alpha+1\wedge p\upharpoonright_{\alpha}\in P_{\alpha}\wedge p(\alpha)\in\mathrm{dom}(\dot{Q}_{\alpha})\wedge}\\ {\left[\begin{array}{l}{p\upharpoonright_{\alpha}\in{\mathbb{P}_{\alpha}}\ p(\alpha)\in\dot{Q}_{\alpha}}\end{array}\right]}\end{array}\right)}\end{array}\right)}\end{array}\]
    4. $\mathbf{1}_{\alpha +1} \upharpoonright_{\alpha} = \mathbf{1}_{\alpha}$以及$\mathbf{1}_{\alpha +1}(\alpha) = \dot{\mathbf{1}}_{\alpha}$

    5. \[\begin{array}{r}{\forall p\in P_{\alpha +1}\forall q\in P_{\alpha +1}(p\leqslant_{\alpha +1}q\leftrightarrow ( \begin{array}{l}{p\upharpoonright_{\alpha}\leqslant_{\alpha}q\upharpoonright_{\alpha}\wedge}\\ {(p\upharpoonright_{\alpha}p(\alpha)\leqslant_{\alpha}q(\alpha)} \end{array} ))} \end{array}\]
  2. 对于极限序数$\alpha$而言,一个长度为$\alpha$的双序列

    \[\left(\langle (P_{\xi}, \leqslant_{\xi}, \mathbf{1}_{\xi}) \mid 1 \leqslant \xi \leqslant \alpha \rangle , \left\langle \left(\dot{Q}_{\gamma}, \dot{\leqslant}_{\gamma}, \dot{\mathbf{1}}_{\gamma}\right) \mid \gamma < \alpha \right\rangle\right)\]

    被称为一个长度为$\alpha$的有限支撑迭代力迫构造当且仅当它满足下述要求:

    1. $\forall \beta < \alpha \left(\langle (P_{\xi}, \leqslant_{\xi}, \mathbf{1}_{\xi}) \mid 1 \leqslant \xi \leqslant \beta \rangle , \left\langle \left(\dot{Q}_{\gamma}, \dot{\leqslant}_{\gamma}, \dot{\mathbf{1}}_{\gamma}\right) \mid \gamma < \beta \right\rangle\right)$是一个长度为$\beta$的有限支撑迭代力迫构造

    2. $\forall p(p \in P_{\alpha} \leftrightarrow (\mathrm{dom}(p) = \alpha \wedge \forall \beta < \alpha (p \upharpoonright_{\beta} \in P_{\beta}) \wedge \mid\mathrm{spt}(p)\mid < \omega))$,其中

      \[\mathrm{spt}(p) = \{\beta < \alpha \mid \mathbf{1}_{\beta} \mid \forall p(\beta) = \dot{\mathbf{1}}_{\beta}\}\]
    3. $\forall \beta < \alpha(\mathbf{1}_{\alpha} \upharpoonright_{\beta} = \mathbf{1}_{\beta})$

    4. $\forall p \in P_{\alpha} \forall q \in P_{\alpha}$ $(p \leqslant_{\alpha} q \leftrightarrow (\forall \beta < \alpha (p \upharpoonright_{\beta} \leqslant_{\beta} q \upharpoonright_{\beta})))$ .

和前面一样,我们将用记号$\mathbb{P}_{\alpha}$来简记$(P_{\alpha}, \leqslant_{\alpha}, \mathbf{1}_{\alpha})$,用记号$\dot{\mathbb{Q}}_{\beta}$来简记$\left(Q_{\beta}, \leqslant_{\beta}, \mathbf{1}_{\beta}\right)$

两种嵌入映射

定义3.27、3.28

稠密嵌入映射

设$\mathbb P = (P,\leqslant_a,\mathbf 1_a)$和$\mathbb Q = (Q,\leqslant_b,\mathbf 1_b)$为两个力迫构思。一个映射$\pi :P\to \mathbb{Q}$被称为一个稠密嵌入映射当且仅当

  1. $\pi (\mathbf 1_a) = \mathbf 1_b$
  2. $\pi$是偏序$\leqslant_{a}$保持映射
  3. $\pi$保持相冲性,即对于任意的 $p,q\in P,p\perp_{a}q\iff \pi (p)\perp_{b}\pi (q)$
  4. $\pi$的像集$\pi [P]$在$\mathbb{Q}$中是稠密的

完备嵌入映射

设$\mathbb P = (P,\leqslant_a,\mathbf 1_a)$和$\mathbb Q = (Q,\leqslant_b,\mathbf 1_b)$为两个力迫构思。称一个映射$\pi :P\to Q$为一个完备嵌入映射当且仅当

  1. $\pi (\mathbf 1_a) = \mathbf 1_b$
  2. $\pi$是偏序$\leqslant_{a}$保持映射,即$p_{1}\leqslant_{a}p_{2}\to \pi (p_{1})\leqslant_{b}\pi (p_{2})$
  3. $\pi$保持相冲性,即对于任意的 $p,q\in P,p\perp_{a}q\iff \pi (p)\perp_{b}\pi (q)$
  4. $\pi$是稠密相容的,即对于任意的$q\in Q$,必然存在某个$p\in P$以至于每一个$r\leqslant_{a}p$在$\pi$下的像$\pi (r)$都与$q$在$\mathbb{Q}$中相容

偏序的同构映射一定是稠密嵌入映射,稠密嵌入映射也一定是完备嵌入映射,定义从严格逐步变宽松。同时,三者都保持原来的极大冲突子集映射后还是极大冲突子集(PDF 312页引理3.49,与第四条等价)。且,从保持相冲性不难证明,映射必须是单射。

一些符号

$\subset_n$

页数:76页(书57页)
定义1.27 设 $X$ 是一个非空集合, $k\in \omega$ $s\in (X)^{< \omega}$ $t\in (X)^{< \omega}$

\[s\subset_{k}t\leftrightarrow ((\operatorname {dom}(s)\cup \{k\} \subseteq \operatorname {dom}(t))\land (\forall i\in \operatorname {dom}(s)(i\neq k\to s(i) = t(i))).\]

$\vDash$

页数:77页(书58页)

定义

设 $A$ 是一个非空集合, $E\subseteq A\times A,\phi$ 是一个表达式.设 $\sigma \in (A)^{< \omega}$ 如下递归地定义 $((A,E),\sigma)\vDash \phi$

(1)如果 $\phi$ 是 $(v_{i}\in v_{j})$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow (\{i,j\} \subseteq \mathrm{dom}(\sigma)\wedge \langle \sigma (i),\sigma (j)\rangle \in E);\]

(2)如果 $\phi$ 是 $(v_{i} = v_{j})$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow (\{i,j\} \subseteq \mathrm{dom}(\sigma)\wedge (\sigma (i) = \sigma (j));\]

(3)如果 $\phi$ 是 $(\neg \psi)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow (((A,E),\sigma)\not\in\psi);\]

(4)如果 $\phi$ 是 $(\psi \rightarrow \theta)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow ((((A,E),\sigma)\not\in\psi)\lor (((A,E),\sigma)\vDash \theta));\]

(5)如果 $\phi$ 是 $(\psi \leftrightarrow \theta)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow ((((A,E),\sigma)\vDash \psi)\leftrightarrow ((((A,E),\sigma)\vDash \theta));\]

(6)如果 $\phi$ 是 $(\psi \vee \theta)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow ((((A,E),\sigma)\vDash \psi)\lor ((((A,E),\sigma)\vDash \theta));\]

(7)如果 $\phi$ 是 $(\psi \wedge \theta)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow ((((A,E),\sigma)\vDash \psi)\wedge ((((A,E),\sigma)\vDash \theta));\]

(8)如果 $\phi$ 是 $(\exists v_{k}\psi)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow (\exists \tau \in (A)^{< \omega}(\sigma \subset_{k}\tau \wedge (((A,E),\tau)\vDash \psi));\]

(9)如果 $\phi$ 是 $(\forall v_{k}\psi)$ 那么

\[(((A,E),\sigma)\vDash \phi)\leftrightarrow (\forall \tau \in (A)^{< \omega}(\sigma \subset_{k}\tau \to (((A,E),\tau)\vDash \psi)).\]

如果 $\phi$ 是一个语句,那么

\[((A,E)\vDash \phi)\leftrightarrow (((A,E),\varnothing)\vDash \phi).\]

称 $(A,E)$ 为集合的一个结构.当\(E=\{(a,b)\in A\times A\mid a\in b\}\)时,我们直接写成 $(A,\in)$ 当 $A$ 是一个非空传递集合时, $T$ 是集合论语言的一个理论,并且对于 $T$ 中的每一个语句 $\theta$ 都有

\[(A,\in)\vDash \theta\]

则称 $(A,\in)$ 为理论 $T$ 的一个传递模型

理解

习题

$\prec$

页数:92页(书73页)

称 $\mathfrak{B}$ 为 $\mathfrak{A}$ 的一个同质子模型, 记成 $\mathfrak{B} \prec \mathfrak{A}$ , 当且仅当

(a) $\mathfrak{B}$ 是 $\mathfrak{A}$ 的一个子结构, 并且
(b) 如果 $\phi (v_{1}, \dots , v_{n})$ 是语言 $\mathcal{L}$ 的一个彰显自由变元的表达式,

\[(a_{1}, \dots , a_{n}) \in B^{n},\]

那么

\[\mathfrak{B}\vDash \phi [a_{1},\dots ,a_{n}]\iff \mathfrak{A}\vDash \phi [a_{1},\dots ,a_{n}]\]

此外,$\prec_\varphi$也就是说仅仅在表达式$\varphi$上有$\mathfrak A,\mathfrak B$真实性相同(可参考108页(书89页)

$\mathfrak D$

页数:79页(书60页)
定义

\[\mathfrak D(M)=\{A\subset M\mid A是M可以定义的子集\}\]

其有性质:
引理1.15 如果 $M$ 是一个非空传递集合,那么
(1) $(M \cup [M]^{< \omega} \cup {M}) \subseteq \mathfrak D(M)$ ,并且 $\mathfrak D(M)$ 也是一个传递集合
(2) $\mathfrak D(M)$ 关于集合的布尔运算封闭,即
(a)如果 $A \in \mathfrak D(M)$ ,那么 $(M - A) \in \mathfrak D(M)$
(b)如果 $A \in \mathfrak D(M)$ 和 $B \in \mathfrak D(M)$ ,那么 $(A \cup B) \in \mathfrak{D}(M)$ 以及 $(A \cap B) \in \mathfrak D(M)$
(3)如果 $M$ 的幂集存在,那么 $\mathfrak D(M) \subseteq \mathfrak{P}(M)$

定义1.30 设 $M$ 是一个非空传递集合, $A \subseteq M$ . 称 $A$ 是 $M$ 的可定义子集当且仅当

\[\exists n \in \omega \exists \{a_{1}, \dots , a_{n}\} \in [M]^{n} \exists \phi (x_{0}, x_{1}, \dots , x_{n}) (A = \{a \in M \mid \phi^{M}[a, a_{1}, \dots , a_{n}]\})\]

称 $A$ 是 $M$ 的免参数可定义子集当且仅当

\[\exists \phi (x_{0}) (A = \{a \in M \mid \phi^{M}[a]\})\]

可定义子集与幂集是不同的,比如对于$\mathfrak D(\mathbb N),\mathfrak P(\mathbb N)$,两者肯定不同(即使加上选择公理),因为前者只有可数个,而后者则不可数。原因在于表达式的数量是可数的,所以我们只能定义极少的一部分子集来。

推广

对此符号和可定义子集概念,书上在214页(书195页)对概念进行了推广,将可定义的概念推广到相对可定义 ,允许在定义集合时使用一个一元谓词$U$,极大地扩展了定义的灵活性,对此有如下符号和定义:

设$U$是一个一元谓词(要注意本质上$U$可以是一个类 ,而$U\cap M$一定是集合),设$M$是一个非空传递集合,$A \subseteq M$称$A$是$M$的在语言$\mathcal{L}_{\in ,U}$下的可定义子集,简称为相对于$U$可定义子集,当且仅当

\[\left( \begin{array}{c} \exists n\in \omega \exists a\in [M]^{n}\exists \phi (x_{0},\dots ,x_{n - 1},x_{n})\in \mathcal{L}_{\in ,U}来见证下述等式:\\ (A=\{b\in M\mid (M,\in,U\cap M)\vDash\varphi[a_0,\cdots,a_{n-1},b]\}) \end{array} \right)\]

并引入符号

\[\mathfrak D_U(M)=\{A\subseteq M\mid A是M的相对于U可定义的子集\}\]

而且如果$U$是一个集合,引理1.15所述的各项性质也都予以保留

$\mathcal L_{\kappa ,\gamma}$

页数:209页(书190页)
语言$\mathcal L_{\kappa ,\gamma}$定义如下:
(0)$\kappa,\gamma$是基数
(1)它有$\kappa$个变元符号
(2)它有任意基数个关系符号、函数符号和常元符号
(3)它有五个基本逻辑联结符号,同时对于每一个$\alpha < \kappa$,它有长度为$\alpha$的析取联结符号$\bigvee\limits_{\xi < \alpha}$以及合取联结符号$\bigwedge\limits_{\xi < \alpha}$
(4)对于$1\leq \alpha < \gamma$,它有长度为$\alpha$的量词符号$\exists_{\xi<\alpha}v_{\xi}$和$\forall_{\xi < \alpha}v_{\xi}$
(5)它的每一个表达式都由上述符号递归地形成

$\Vdash$

从外部定义

设$M\vDash \mathrm{ZFC}$是一个可数传递模型,$\mathbb{P}\in M$是一个力迫构思。设$\theta$为力迫语言$\mathcal{F}\mathcal{L}_{\mathbb{P}}\cap M$的一个语句,$p\in P$为一个力迫条件。定义

\[p\Vdash_{\mathbb{P},M}\theta\]

当且仅当

\[\forall G\subset P((p\in G\land G))是\mathbb{P}的M之上的一个泛型滤子\rightarrow M[G]\vDash \theta\]

在$M$和$\mathbb{P}$固定的情形下,我们将记号$\Vdash_{\mathbb{P},M}$简写成$\Vdash$,也就是将下标省略掉.表达式$p\Vdash \theta$读作$p$力迫$\theta$

其意味是说,如果你的力迫模型$M[G]$建立于$p$所对应的条件之上,那么$p$所力迫的那些命题,你也必须要满足,这些命题是由条件$p$所要求的。

从内部定义

前面的那种定义我们是无法在模型$M$内部看到的,因此我们为了进行扩张必须站在一个外部的观察者的视角,这对于我们扩张我们的宇宙是不利的,所以我们也必须从内部为$\Vdash$下一个定义,这样我们后面才能从内部去扩张我们的宇宙。

递归地定义$\Vdash^*$如下:设$\tau_1,\tau_2\in V^\mathbb P$1

  1. $p\Vdash^*\left(\tau_{1} = \tau_{2}\right)$当且仅当

    \[\forall \sigma \in (\mathrm{dom}(\tau_{1})\cup \mathrm{dom}(\tau_{2})) \forall q\leqslant p\left[(q\Vdash^*(\sigma \in \tau_{1}))\leftrightarrow (q\Vdash^*(\sigma \in \tau_{1}))\right];\]
  2. $p\Vdash^*\left(\tau_{1}\in \tau_{2}\right)$当且仅当集合

    \[D_{(p,\tau_{1},\tau_{2})} = \{q\leqslant p\mid (\exists (\sigma ,r)\in \tau_{2}((q\leqslant r)\land q\Vdash^*(\sigma = \tau_{1})))\}\]

    在$p$之下稠密

  3. $p\Vdash^*(\neg \phi)$当且仅当$(\neg (\exists q\leqslant p[q\Vdash^*\phi ]))$
  4. $p\Vdash^*(\phi \land \psi)$当且仅当$p\Vdash^*\phi$以及$p\Vdash^*\psi$
  5. $p\Vdash^*(\phi \lor \psi)$当且仅当集合${q\leqslant p\mid [q\Vdash^*\phi ]\lor [q\Vdash^*\psi ]}$在$p$之下是稠密的
  6. $p\Vdash^*(\phi \rightarrow \psi)$当且仅当$(\neg (\exists q\leqslant p([q\Vdash^*\phi ]\land [q\Vdash^*(\neg \psi)]]))$
  7. $p\Vdash^*(\phi \leftrightarrow \psi)$当且仅当$(p\Vdash^*(\phi \rightarrow \psi)\wedge p\Vdash^*(\psi \rightarrow \phi))$
  8. $p\Vdash^*(\forall x\phi (x))$当且仅当$\forall \tau \in \mathrm{V}^{\mathbb{P}}(p\Vdash^*\phi (\tau))$
  9. $p\Vdash^*(\exists x\phi (x))$当且仅当集合${q\leqslant p\mid (\exists \sigma \in \mathrm{V}^{\mathbb{P}}(q\Vdash^*\phi (\sigma)))}$在条件$p$之下是稠密的

定义的基础当然是前两条,尽管看起来前两条是递归定义的,也就是$=$和$\in$相互依赖定义,但是每一次套娃都会让名字变得“更小”,所以这样的递归是可能的。

等价性

260页(书241页)引理3.19(等价力迫关系)表明,设$M$是理论$ZF-$幂集公理体系的一个可数传递模型,$\mathbb{P}\in M$是一个力迫构思。对于$p\in P$以及$\phi \in \mathcal{F}\mathcal{L}_{\mathbb{P}}\cap M$,总有

\[\left([p\Vdash \phi \right]\iff \left(p \Vdash^*\phi\right)^{M})\]

这样我们就可以在$M$中定义$\Vdash^*$,而且实际上$\Vdash^*$和$\Vdash$也是相同的,因此我们就可以在$M$内部进行力迫扩张,而不是非得依赖于外部进行扩张。

与逻辑连接词、量词的关系

$\Vdash$与$\vee,\wedge$等等的逻辑连接词直接关系是几乎不影响,可以说有“交换律”。而与$\neg$的关系:$p\Vdash(\neg\theta)$当且仅当$(\neg(\exists q\leq p(q\Vdash\theta)))$ 这是由真相引理可定义性引理共同保证的(主要是后面推导前面,也就是说在分支下$\theta$和$\neg\theta$必居其一)。前者保证如果有命题成立,就会有$q$去力迫这个命题。后者保证这个$q$一定会在模型$M$中。

与量词之间的关系:

  1. $[p\Vdash (\forall x\phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},x))]$当且仅当

    \[\forall \tau \in M^{\mathbb{P}}[p\Vdash \phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},\tau)]\]
  2. $[p\Vdash (\exists x\phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},x))]$当且仅当

    \[\left(\forall r\leqslant p\exists q\leqslant r\exists \tau \in M^{\mathbb{P}}[q\Vdash \phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},\tau)]\right)\]
  3. (极大原理)$[p\vdash (\exists x\phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},x))]$当且仅当

    \[\exists \tau \in M^{\mathbb{P}}[p\Vdash \phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},\tau)]\]
  4. $[p\Vdash (\exists x\in \sigma \phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},x))]$当且仅当

    \[\forall r\leqslant p\exists q\leqslant r\exists \tau \in \operatorname {dom}(\sigma)[q\Vdash \phi (\tau_{0},\dots ,\tau_{n - 1},\tau)]\]

一些映射符号

$\operatorname{cl}$

页数:156页(书137页)
$\operatorname{cl}(X)$指对集合$X$的哥德尔集合运算下的闭包,$\operatorname{cl}_J(X)$则是指简朴集合运算下的闭包。

$i_*$

页数:313页(书294页)
若$\mathbb{P,Q}$是两个力迫构思,设$i:\mathbb Q\to\mathbb P$是一个嵌入映射,对于每一个$\mathbb Q-$名字$\tau$,递归定义(就类似名字的定义)

\[i_*(\tau)=\{(i_*(\sigma),i(q))\mid(\sigma,q)\in\tau\}\]

$\tilde\iota$、$i^{-1}$

如$i_*$,设$H\subset Q$,定义

\[\tilde\iota[H]=\{p\in P\mid\exists q\in H\ i(q)\leq_P p\}\]

此处映射后$H$变大是为了保证,若$H$是一个滤子,那么$\tilde\iota[H]$也是一个滤子。反过来定义的还有设$G\in P$

\[i^{-1}[G]=\{q\in Q\mid i(q)\in G\}\]

同样的,这里可能会缩小集合,但是一样保证若$G$是滤子,那么$i^{-1}[G]$是一个滤子。这里的放大缩小也只是考虑到完备嵌入映射的性质所做相应调整。

  1. 关于全体名字的集合/类,书中有时使用$M^\mathbb P$(主要是在$\Vdash$中),有时又使用$V^\mathbb P$(主要是在$\Vdash^*$中),书中就十分混乱。若按字面意思理解,$M^\mathbb P$就只能表示用模型$M$中的集合构造的名字,可是实际上书中写定理也包含了由不在$M$中的的集合构造的名字,所以我也无法区分 ↩︎ ↩︎2 ↩︎3 ↩︎4 ↩︎5

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