MathLabs

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 3/9: ゲーデルが LL を構築する:可能な限り無駄のない集合の宇宙
ざっくり言うと

通常の集合論では、任意の集合の冪集合を作ることができる——文字通りあらゆる考えうる部分集合であり、その部分集合が何らかの形で記述可能である必要はない。これに対しゲーデルは、はるかに倹約的な宇宙 LL を構築した。そこでは各段階で、すでに存在する要素を用いた明示的な論理的記述によって特定できる部分集合しか加えることを許さない。

この倹約的な段階を、順序数が存在する限り順序数で添字付けして積み重ねていくと LL が得られる:集合論のすべての規則に従いながら、完全に名指し可能な構成要素だけから作られた、可能な限り最小の集合の宇宙である。

L=⋃α∈OrdLα,Lα+1=Def(Lα)L = \bigcup_{\alpha \in \mathrm{Ord}} L_\alpha, \quad L_{\alpha+1} = \mathrm{Def}(L_\alpha)
詳しい解説

通过对順序数の超限帰納法により:L0=∅L_0 = \emptyset、Lα+1=Def(Lα)L_{\alpha+1} = \mathrm{Def}(L_\alpha)(構造 ⟨Lα,∈⟩\langle L_\alpha, \in \rangle 上でパラメータを用いて一階論理式で定義可能な LαL_\alpha のすべての部分集合の集まり)、極限順序数 λ\lambda では Lλ=⋃α<λLαL_\lambda = \bigcup_{\alpha<\lambda} L_\alpha、そして L=⋃α∈OrdLαL = \bigcup_{\alpha \in \mathrm{Ord}} L_\alpha とする。

ゲーデルは1938年から40年にかけて、LL が ZFC\mathrm{ZFC} のすべての公理を満たすこと、実際にはより強い構成可能性公理 V=LV = L(「すべての集合は構成可能である」)を満たすことを証明した。LL は純粋に定義可能な段階だけから構築されているため、すべての集合からなる全体宇宙 VV について仮定しうるよりもはるかに堅固で制御可能である。

LL のような堅固でよく理解された宇宙を持つことが役立つのは、その中で濃度がどう見えるかを実際に計算できる場合のみである。次のステップでは、LL に関するある構造的事実(凝縮補題)が P(ω)∩L\mathcal{P}(\omega) \cap L の大きさを正確に決定することを示し、それが最終的に CH\mathrm{CH} をもたらす。

このステップの用語
順序数
有限数 0,1,2,…0, 1, 2, \ldots を超えて ω,ω+1,…,ω1,…\omega, \omega+1, \ldots, \omega_1, \ldots と続く「整列列における位置」の一般化であり、構成可能階層の各段階に添字を付けるために用いられる。
一階論理式で定義可能な部分集合
構造 MM の部分集合 XX が(パラメータ付きで)一階論理式で定義可能であるとは、ある論理式 ψ\psi とパラメータ p1,…,pk∈Mp_1, \ldots, p_k \in M が存在して X={x∈M:M⊨ψ(x,p1,…,pk)}X = \{ x \in M : M \models \psi(x, p_1, \ldots, p_k) \} となることをいう——すなわち XX は任意に選ぶのではなく、有限の論理文によって特定できる。
このステップで使う知識