MathLabs

解法:谢拉证明怀特黑德问题独立于ZFC(1974年)

第 6/8 步:在 MA+¬CH\mathrm{MA}+\neg\mathrm{CH} 下:一个几乎不交族构造出非自由怀特黑德群
通俗地说

谢拉的构造使用几乎不交族及相关梯子系统的组合方法:先取自然数的 ℵ1\aleph_1 个无限子集,使两两交集有限,再进行精心选择的代数粘合。仅有几乎不交族并不能确定一个怀特黑德群;额外关系与力迫论证不可或缺。

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}
详细分析

假设马丁公理与 2ℵ0>ℵ12^{\aleph_0} > \aleph_1 同时成立。利用 ω\omega 的一个几乎不交族 {aξ:ξ<ℵ1}\{ a_\xi : \xi < \aleph_1 \}(两两交集有限),构造一个基数为 ℵ1\aleph_1 的具体阿贝尔群 WW,它由与每个 aξa_\xi 相关联的符号加上一个可数自由部分生成,粘合的方式使 WW 是 ℵ1\aleph_1-自由的,但其滤链无法被安排成庞特里亚金判据所要求的、由club支撑的整体表现良好的形式——因此 WW 可证明不是自由的。

尽管如此,要证明 Ext1(W,Z)=0\mathrm{Ext}^1(W, \mathbb{Z}) = 0,需要同时解决 ℵ1\aleph_1 个相容的局部提升问题(滤链每个阶段一个);谢拉证明这归结为在一个自然关联的ccc偏序集中寻找一个与 ℵ1\aleph_1 个稠密子集相交的滤子,而这正是(由于 2ℵ0>ℵ12^{\aleph_0} > \aleph_1 而可用的)MAℵ1\mathrm{MA}_{\aleph_1} 所保证的。因此在 MA+¬CH\mathrm{MA} + \neg\mathrm{CH} 下,WW 是一个基数为 ℵ1\aleph_1 的真正非自由怀特黑德群。

由于 MA+¬CH\mathrm{MA} + \neg\mathrm{CH} 本身相对于 ZFC\mathrm{ZFC} 是相容的(通过苏斯林问题姊妹证明中所述的索洛维–滕鲍姆迭代力迫),这表明 Con(ZFC)  ⟹  Con(ZFC+¬Free(Wh))\mathrm{Con}(\mathrm{ZFC}) \implies \mathrm{Con}(\mathrm{ZFC} + \neg\mathrm{Free}(\mathrm{Wh})),其中 ¬Free(Wh)\neg\mathrm{Free}(\mathrm{Wh}) 缩写“某个怀特黑德群不是自由的”——这是独立性结果的第二半。

本步骤中的术语
几乎不交族
ω\omega 的一族无限子集,其中任意两个的交集都是有限的;这种大小为 ℵ1\aleph_1 的族在 ZFC\mathrm{ZFC} 中总是存在,是构造非自由群及其他病态结构的标准组合工具。
本步骤用到的知识