超滤子

✍ dations ◷ 2025-04-02 09:45:58 #序理论,集合族

在数学领域集合论中,在集合 上的超滤子是作为极大滤子的 子集的搜集。超滤子可以被认为是有限可加性测度。那么 的所有子集要么被认为是“几乎所有”(有测度 1)要么被认为是“几乎没有”(有测度 0)。如果 是 的子集,则要么 要么 \ 是超滤子的元素(这里 \ 是 在 中的相对补集;就是说, 的不在 中的所有元素的集合)。这个概念可以被推广到布尔代数甚至是一般偏序,并在集合论、模型论和拓扑学中有很多应用。

给定集合 X,X 的子集族 U 称为 X 上的超滤子,若U满足:

下列定理给出超滤子和滤子的特征:在集合 X 上一个滤子 U 是超滤子,若下列条件之一成立:

查看集合 上超滤子的另一种方式是定义在 的幂集上一个函数 ,设置 () = 1 如果 是 的元素,否则 () = 0。那么 是在 上的有限可加性测度,而 的元素的所有性质要么是几乎处处为真要么是几乎处处为假。注意这不定义要求“可数可加性”的平常意义上的测度。

对于不是超滤子的滤子 ,可以说 () = 1 如果 ∈ ,并且 () = 0 如果 - ∈ ,留着 在其他地方未定义。

在一个集合上的超滤子 的完备性是最小基数 κ 使得有 κ 个 的元素它们的交集不在 中。这个定义蕴涵了任何超滤子的完备性至少是 0 {\displaystyle \aleph _{0}} 的元素的任何可数搜集的交集仍在 中,被称为可数完备的或 σ {\displaystyle \sigma } 精确的包含元素 和 ¬ 中的一个。(后者是 的布尔补元)。

在布尔代数上的超滤子可以通过素理想、极大理想确定,并同态于两元素布尔代数 {true, false}:

我们看可以用做“超滤子”概念的定义的另一个定理。设 B 指示布尔代数而 是其中的真滤子。 是超滤子当且仅当:

(避免混淆:这里使用符号 {\displaystyle \vee } ={ | ≤} 对于给定偏序集合的某些(但非全部)元素 。在这种情况下 被称为超滤子的“主元素”。对于滤子在集合上的情况,有资格成为主元素的精确的是一元素集合。因此在集合 上的主超滤子由包含 的特定点的所有集合构成。在有限集合上的超滤子是主要的。不是主要的任何超滤子叫做自由(或非主要)超滤子。

可以证明所有滤子(或更一般的说,带有有限交集性质的任何子集)都包含在一个超滤子中(参见超滤子引理)并且自由超滤子因而存在,但是这个证明涉及佐恩引理形式的选择公理。因此不能给出自由主滤子的明确例子。经管如此,在无限集合上的几乎所有超滤子都是自由的。相反的,在有限偏序集合(或在有限集合上)的所有超滤子都是主要的,因为任何有限滤子都最小元素。

在集合上的超滤子应用于拓扑学特别是联系于紧致豪斯多夫空间,和模型论中超乘积的构造。在紧致豪斯多夫空间上的所有超滤子会聚到精确的一个点。类似的,在偏序集合上超滤子是非常重要的,如果这个偏序集合是布尔代数,因为这种情况下超滤子同一于素滤子。这种形式的超滤子在Stone布尔代数表示定理中扮演中心角色。

在偏序集合 上所有超滤子 可以按自然方式来拓扑化,这实际上密切关联于上述表示定理。对于 的任何元素 ,设 = { ∈ | ∈ }。这是在 还是布尔代数时最有用的,因为在这种情况下所有 的集合是在 上的紧致豪斯多夫拓扑的基。特别是,在考虑在集合 上的超滤子的时候(就是说 是 的幂集并按集合包含排序),结果的拓扑空间是势为 || 的离散空间的 Stone-Čech紧致化。

在模型论中的超乘积构造使用超滤子来生成结构的基本扩张。例如,在构造超实数为实数的超乘积中,我们首先把论域从实数扩展到实数序列。这个序列空间被当作实数的超集,通过用对应的常量序列来识别每个实数。要把熟悉的函数和关系(比如 + 和 <)从实数扩展到超实数,自然的想法是逐点的定义它们。但是这会丢失实数的重要逻辑性质;比如逐点 < 不是全序。所以我们转而“逐点模 ”的定义函数和关系,这里的 是在序列的索引集上的超滤子;通过Łoś定理,这保持了实数可以用一阶逻辑陈述的所有性质。如果 是非主要的,则从而获得的扩展是非平凡的。

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