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解法: ホワイトヘッド問題が ZFC から独立であることのシェラハによる証明(1974年)

ステップ 6/8: MA+¬CH\mathrm{MA}+\neg\mathrm{CH} の下で:ほとんど素な族が自由でないホワイトヘッド群を構築する
ざっくり言うと

シェラハの構成は、ほとんど素な族と関連するラダー系の組合せ論を用いる:ℵ1\aleph_1 個の、自然数の無限部分集合で対ごとの共通部分が有限なものから出発し、慎重に選んだ代数的な貼り合わせを行う。ほとんど素な族だけではホワイトヘッド群は定まらず、追加の関係と強制法の議論が不可欠である。

MA+2ℵ0>ℵ1  ⟹  ∃ W, ∣W∣=ℵ1, Ext1(W,Z)=0, W not free\mathrm{MA} + 2^{\aleph_0}>\aleph_1 \implies \exists\, W,\ |W|=\aleph_1,\ \mathrm{Ext}^1(W,\mathbb{Z})=0,\ W \text{ not free}
詳しい解説

マーティンの公理と 2ℵ0>ℵ12^{\aleph_0} > \aleph_1 を仮定する。ω\omega の無限部分集合からなるほとんど素な族 {aξ:ξ<ℵ1}\{ a_\xi : \xi < \aleph_1 \}(対ごとの共通部分が有限)を用いて、各 aξa_\xi に結び付けられた記号と可算な自由な部分から生成される、濃度 ℵ1\aleph_1 の具体的なアーベル群 WW を構築する。これは WW が ℵ1\aleph_1-自由でありながら、そのフィルトレーションを Pontryagin の判定法が要求する、一様にうまく振る舞い club に支えられた形に配置できないように貼り合わされている——したがって WW は証明可能に自由群ではない。

それにもかかわらず Ext1(W,Z)=0\mathrm{Ext}^1(W, \mathbb{Z}) = 0 を示すには、(フィルトレーションの各段階につき一つの)ℵ1\aleph_1 個の両立する局所的持ち上げ問題を同時に解く必要がある。シェラハは、これが自然に付随する ccc な半順序集合の ℵ1\aleph_1 個の稠密部分集合と交わるフィルターを見つけることに帰着することを示した。これはまさに(2ℵ0>ℵ12^{\aleph_0} > \aleph_1 により利用可能な)MAℵ1\mathrm{MA}_{\aleph_1} が保証することである。したがって MA+¬CH\mathrm{MA} + \neg\mathrm{CH} の下では、WW は濃度 ℵ1\aleph_1 の真に自由でないホワイトヘッド群である。

MA+¬CH\mathrm{MA} + \neg\mathrm{CH} 自体が(スースリン問題の姉妹証明で説明されているソロヴェイ・テネンバウムの反復強制法により)ZFC\mathrm{ZFC} に対して相対的に無矛盾であるため、これは Con(ZFC)  ⟹  Con(ZFC+¬Free(Wh))\mathrm{Con}(\mathrm{ZFC}) \implies \mathrm{Con}(\mathrm{ZFC} + \neg\mathrm{Free}(\mathrm{Wh})) を示す。ここで ¬Free(Wh)\neg\mathrm{Free}(\mathrm{Wh}) は「あるホワイトヘッド群は自由群ではない」の略記であり——独立性の結果の後半である。

このステップの用語
ほとんど素な族
ω\omega の無限部分集合からなる族であって、そのうちどの二つを取っても共通部分が有限であるもの。大きさ ℵ1\aleph_1 のこのような族は ZFC\mathrm{ZFC} において常に存在し、自由でない群やその他の病的な構造を構築するための標準的な組合せ論的道具である。
このステップで使う知識