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解法:谢拉证明怀特黑德问题独立于ZFC(1974年)

第 3/8 步:可数情形:斯坦因定理解决了小的怀特黑德群
通俗地说

对于可数群,障碍可以用真正的可数论证加以控制,但不是盲目地把任意有限生成子群的基扩展下去。斯坦因1951年的定理利用 Ext1(W,Z)\mathrm{Ext}^1(W,\mathbb{Z}) 的消失与精细的可数构造,证明可数怀特黑德群是自由的。因此怀特黑德问题的任何反例都必须不可数,基数至少为 ℵ1\aleph_1。

∣W∣≤ℵ0 and Ext1(W,Z)=0  ⟹  W is free (Stein, 1951)|W| \le \aleph_0 \text{ and } \mathrm{Ext}^1(W,\mathbb{Z})=0 \implies W \text{ is free (Stein, 1951)}
详细分析

斯坦因(1951)证明,满足 Ext1(W,Z)=0\mathrm{Ext}^1(W, \mathbb{Z})=0 的可数阿贝尔群 WW 是自由的。其证明是精细的可数构造(常通过庞特里亚金型判据表述),并不是“任意有限生成子群的基都能相容地扩展”这一错误说法。可数性之所以关键,是因为它允许在一个阶段序列中处理所有障碍。因此任何非自由怀特黑德群的基数都至少为 ℵ1\aleph_1。

本步骤中的术语
有限生成子群
可以用群运算从一个有限元素集合生成出来的子群;自由阿贝尔群的每个有限生成子群本身也是自由的。
本步骤用到的知识