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定义Definition

力迫中的稠密子集

施工中 · 内容逐步修订

Dense subset in forcing · Dense set of conditions

从每个条件都能通过加强到达、因而表达不可回避任务的一组力迫条件。

形式陈述 ​

设 P=(P,≤) 是力迫预序,并约定更强条件更小。子集 D⊆P 称为在 P 中稠密,若

∀p∈P ∃q≤p (q∈D).

D 在 p 以下稠密,若对每个 r≤p 都存在 q≤r 落在 D 中。若 D 还向更强条件闭合,

q∈D,r≤q⟹r∈D,

则称为稠密开集。任意稠密 D 的向下闭包

D↓={q:∃d∈D (q≤d)}

是稠密开集。

集合 A⊆P 称为 predense,若每个 p∈P 都与某个 a∈A 相容;等价地,A↓ 稠密。区别在于:稠密性要求某个 q≤p 直接属于 D;predense 只要求某个 a∈A 与 p 有共同加强,a 本身可以不在 p 以下。

直觉

稠密集是一项无法永久逃避的任务:无论已经选择哪个条件,总有一种不推翻现有承诺的加强方式完成它。泛型滤子之所以能产生总函数、决定公式或避开旧对象,都是因为相应要求被编码成模型中的稠密集,并被泛型性逐一命中。

这个定义也有拓扑解释:把向更强条件闭合的集合视为开集,每个条件 p 的基本邻域就是 {q:q≤p}。D 与每个这样的邻域相交,恰好等价于从任意 p 都能加强到 D。因此这里的稠密性就是这一个向下开拓扑中的稠密子集性质;拓扑必须按上述次序方向指定。

例子与边界

在 Cohen 力迫 Fn(ω,2,<ω) 中,对每个 n∈ω 定义

Dn={p:n∈dom(p)}.

给定任意有限条件 p,若它尚未定义 n,任选一位补上即可得到 q≤p 且 q∈Dn;若已经定义,则取 q=p。所以 Dn 稠密。滤子若命中全部 Dn,其条件并集就在每个自然数位置有值,成为总实数。

固定 i∈{0,1} 后,

En,i={p:p(n)=i}

并不稠密:一个已承诺 p(n)=1−i 的条件没有进入 En,i 的相容加强。两者之并 En,0∪En,1=Dn 才稠密。这个边界说明稠密任务可以要求“作出决定”,不能预先要求所有分支给出同一个答案。

若 M 是传递模型且 D,P∈M,断言“D 在 P 中稠密”只含对 P 的有界量词,在 M 与外部宇宙间绝对。但“所有稠密子集”不绝对:外部宇宙可能拥有许多不属于 M 的稠密集。M-泛型只需命中 M 所拥有的那些集合。

若 A∈M 是最大反链,则 A↓ 是属于 M 的稠密集。M-泛型滤子 G 命中它后,包含某个 q≤a(a∈A);由滤子向较弱条件闭合,a 也属于 G。而滤子中的任意两条件相容,所以 G 与 A 恰好相交于一个元素。

推论与应用

在集合力迫中,对任意使用地面模型中名字作参数的公式 φ,能决定 φ 的条件形成稠密集。从任意 p 出发,若有 q≤p 迫使 φ,就取这个 q;若没有,按否定的力迫定义,p 本身就迫使 ¬φ。泛型滤子命中这个稠密集后,扩张中的真值便由其中某个条件确定。

证明新对象具有某性质时,常把性质拆成一族稠密任务。例如 Cohen 实数的全定义性由 Dn 保证;它不同于每个地面实数 r,则由“在某个坐标与 r 分歧”的稠密集保证。任务族是否属于基模型、数量能否从外部枚举,决定 Rasiowa–Sikorski 构造能否实施。

稠密嵌入 i:P→Q 使每个 q∈Q 都可加强到某个 i(p),并保持次序与不相容性。这样的嵌入允许在两个条件表示之间传递泛型滤子;只存在任意单调映射则不够,因其可能漏掉不可回避的任务。

参考资料
  • Dima Sinapova, MATH 512 Notes on Forcing,p. 1:稠密集、最大反链与泛型滤子的等价刻画。
  • Thomas Jech, Set Theory, 3rd millennium ed., Springer, 2003, Chapter 14, dense sets, antichains, and generic filters。
  • Kenneth Kunen, Set Theory, College Publications, 2011, Chapter IV, §§1–2, dense sets and genericity。
  • John L. Bell, Set Theory: Boolean-Valued Models and Independence Proofs, 3rd ed., Oxford University Press, 2005, Chapter 2。
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