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解法: ゲーデルとコーエン:連続体仮説はZFCから独立である(1963年)

ステップ 2/9: 「ZFC\mathrm{ZFC} から独立」とは実際には何を意味するのか
ざっくり言うと

二千年もの間、数学者たちはユークリッドの第五公準(平行線について)を残る四つの公理から証明しようと試み、常に失敗してきた。最終的にこの公準は真に選択可能なものであることが判明した——それが成り立つ幾何学(平坦なユークリッド幾何学)も、成り立たない幾何学(曲がった非ユークリッド幾何学)も、どちらも完全に無矛盾である。

ZFC\mathrm{ZFC}(選択公理付きツェルメロ・フレンケル集合論)は、数学者が集合を構築するために用いる標準的な規則集である。CH\mathrm{CH} が ZFC\mathrm{ZFC} から独立であるとは、それがユークリッドの第五公準とまったく同じように振る舞うことを意味する:規則集自体は CH\mathrm{CH} かその否定 ¬CH\neg\mathrm{CH} かを決定せず、どちらの選択も等しく無矛盾な集合の世界に至る。

ZFC⊬CHandZFC⊬¬CH\mathrm{ZFC} \nvdash \mathrm{CH} \quad\text{and}\quad \mathrm{ZFC} \nvdash \neg\mathrm{CH}
詳しい解説

命題 φ\varphi が無矛盾な理論 TT から独立であるとは、φ\varphi も ¬φ\neg\varphi も TT の公理から証明できないことをいう。同値に、T+φT + \varphi と T+¬φT + \neg\varphi の両方がそれ自体無矛盾な理論であることを意味する。したがって独立性を証明するには常に二つの別々の半分、それぞれ相対無矛盾性の結果が必要になる。

半分その一:ZFC\mathrm{ZFC} のすべての公理が成り立ち、かつ CH\mathrm{CH} も成り立つようなモデル(集合の宇宙)を構築し、ZFC⊬¬CH\mathrm{ZFC} \nvdash \neg\mathrm{CH} を示す。半分その二:ZFC\mathrm{ZFC} のすべての公理が成り立つが代わりに ¬CH\neg\mathrm{CH} が成り立つ別のモデルを構築し、ZFC⊬CH\mathrm{ZFC} \nvdash \mathrm{CH} を示す。どちらか一方だけでは独立性は確定しない——ゲーデルが1940年までに半分その一のみを与えたことは、CH\mathrm{CH} が依然として ZFC\mathrm{ZFC} から証明可能である可能性を残していた。コーエンが1963年に二つ目のモデルを構築して初めて、この隙間は完全に閉じられた。

続く三つのステップでゲーデルの半分(ステップ3〜4)を、さらに続く三つのステップでコーエンの半分(ステップ5〜7)を示し、ステップ8でそれらを合わせて完全な独立性定理とする。

このステップの用語
理論のモデル
与えられた理論のすべての公理が真となるような構造(ここでは、所属関係 ∈\in を伴う集合の宇宙)のこと。ZFC+φ\mathrm{ZFC} + \varphi のモデルを構築することが、φ\varphi が ZFC\mathrm{ZFC} と無矛盾であることを証明する方法である。
このステップで使う知識