กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 14 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

ในทาง คณิตศาสตร์ การวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ คือ การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ที่ดำเนินการตามหลักการบางประการของ คณิตศาสตร์เชิง สร้างสรรค์

การวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์

ในทางคณิตศาสตร์การวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์คือการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ที่ดำเนินการตามหลักการบางประการของคณิตศาสตร์เชิงสร้างสรรค์

การแนะนำ

ชื่อของวิชานี้แตกต่างจากการวิเคราะห์แบบคลาสสิกซึ่งในบริบทนี้หมายถึงการวิเคราะห์ที่ทำตามหลักการทั่วไปของคณิตศาสตร์แบบคลาสสิกอย่างไรก็ตาม มีสำนักคิดต่างๆ และรูปแบบที่เป็นทางการที่แตกต่างกันมากมายของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์[ 1 ]ไม่ว่าจะเป็นแบบคลาสสิกหรือเชิงสร้างสรรค์ในรูปแบบใดก็ตาม กรอบการวิเคราะห์ดังกล่าวจะกำหนดสัจพจน์ของเส้นจำนวนจริงด้วยวิธีการบางอย่าง ซึ่งเป็นชุดที่ขยายจำนวนตรรกยะและมีความสัมพันธ์ของการแยกจากกันที่สามารถกำหนดได้จากโครงสร้างลำดับที่ไม่สมมาตร จุดศูนย์กลางคือภาคแสดงความเป็นบวก ซึ่งในที่นี้แสดงด้วยx>0{\displaystyle x>0}ซึ่งควบคุมความเท่ากับศูนย์x0{\displaystyle x\cong 0}โดยทั่วไปแล้ว สมาชิกของกลุ่มนี้จะถูกเรียกว่าจำนวนจริงแม้ว่าคำนี้จะมีความหมายหลากหลายในสาขาวิชานี้ แต่กรอบแนวคิดทั้งหมดก็มีแก่นหลักร่วมกันซึ่งเป็นทฤษฎีบทของการวิเคราะห์แบบคลาสสิกเช่นกัน

กรอบการทำงานเชิงสร้างสรรค์สำหรับการกำหนดสูตรนั้นเป็นการขยายเลขคณิตของ Heytingโดยใช้ประเภทต่างๆ รวมถึงเอ็นเอ็น{\displaystyle {\mathbb {N} }^{\mathbb {N} }}เลขคณิตลำดับที่สองเชิงสร้างสรรค์หรือทฤษฎีเซตโทโพสเซตประเภทหรือ เซตเชิงสร้างสรรค์ที่แข็งแกร่งเพียงพอ เช่นซีเอฟ{\displaystyle {\mathsf {CZF}}}ซึ่งเป็นส่วนเสริมเชิงสร้างสรรค์ของเอฟ{\displaystyle {\mathsf {ZF}}}แน่นอนว่าการกำหนดสัจพจน์โดยตรงก็สามารถศึกษาได้เช่นกัน

การเตรียมการเชิงตรรกะ

ตรรกะพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์คือตรรกะแบบสัญชาตญาณซึ่งหมายความว่าหลักการของสิ่งที่ไม่รวมอยู่ตรงกลางนั้นไม่มีอยู่จริงพีอีเอ็ม{\displaystyle {\คณิตศาสตร์ {PEM} }}ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้นเสมอไปสำหรับทุกข้อเสนอหากข้อเสนอหนึ่ง¬¬x.θ(x){\displaystyle \neg \neg \exists x.\theta (x)}สามารถพิสูจน์ได้ ซึ่งหมายความว่าข้อกล่าวอ้างที่ว่าไม่มีอยู่จริงนั้นไม่เป็นความจริง¬x.θ(x){\displaystyle \neg \exists x.\theta (x)}การพิสูจน์ได้นั้นเป็นเรื่องไร้สาระ ดังนั้นข้อหลังจึงไม่สามารถพิสูจน์ได้ในทฤษฎีที่สอดคล้องกัน คำกล่าวอ้างการมีอยู่ที่มีการปฏิเสธซ้ำสองครั้งเป็นข้อความเชิงลบทางตรรกะและเป็นสิ่งที่บ่งชี้โดยนัย แต่โดยทั่วไปแล้วไม่เทียบเท่ากับคำกล่าวอ้างการมีอยู่เอง ความซับซ้อนส่วนใหญ่ของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์สามารถกำหนดกรอบได้ในแง่ของความอ่อนแอของประพจน์ในรูปแบบเชิงลบทางตรรกะ¬¬ϕ{\displaystyle \neg \neg \phi }ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอ่อนแอกว่าϕ{\displaystyle \phi }ในทางกลับกัน ก็เป็นนัยยะอย่างหนึ่งด้วย(x.θ(x))¬x.¬θ(x){\displaystyle {\big (}\exists x.\theta (x){\big )}\to \neg \forall x.\neg \theta (x)}โดยทั่วไปแล้วไม่สามารถย้อนกลับได้

ถึงแม้ว่าทฤษฎีเชิงสร้างสรรค์จะพิสูจน์ทฤษฎีบทได้น้อยกว่าทฤษฎีบทแบบดั้งเดิมในรูปแบบการนำเสนอแบบดั้งเดิม แต่ก็อาจแสดงคุณสมบัติเชิงอภิตรรกะที่น่าสนใจได้ ตัวอย่างเช่น หากทฤษฎีหนึ่งที{\displaystyle {\mathsf {T}}}แสดงคุณสมบัติการแยกส่วนดังนั้นหากพิสูจน์การแยกส่วนได้ทีϕψ{\displaystyle {\mathsf {T}}\vdash \phi \lor \psi }แล้วก็เช่นกันทีϕ{\displaystyle {\mathsf {T}}\vdash \phi }หรือทีψ{\displaystyle {\mathsf {T}}\vdash \psi }แม้แต่ในเลขคณิตแบบคลาสสิก หลักการนี้ก็ถูกละเมิดสำหรับข้อเสนอพื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับลำดับของตัวเลข ดังที่จะแสดงให้เห็นต่อไปนี้

述语ที่ไม่สามารถตัดสินได้

กลยุทธ์ทั่วไปในการกำหนดรูปแบบที่เป็นทางการของจำนวนจริงคือการใช้ลำดับของจำนวนตรรกยะคิวเอ็น{\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}ดังนั้นเราจึงดึงแรงจูงใจและตัวอย่างโดยอิงจากสิ่งเหล่านั้น ดังนั้นในการกำหนดคำศัพท์ ลองพิจารณา ภาคแสดง ที่ตัดสินได้บนธรรมชาติ ซึ่งในภาษาเชิงสร้างสรรค์หมายถึงn.(คิว(n)¬คิว(n)){\displaystyle \forall n.{\big (}Q(n)\lor \neg Q(n){\big )}}สามารถพิสูจน์ได้ และปล่อยให้χคิว:เอ็น{0,1}{\displaystyle \chi _{Q}\colon {\mathbb {N} }\to \{0,1\}}เป็นฟังก์ชันลักษณะเฉพาะที่กำหนดให้เท่ากับ0{\displaystyle 0}ตรงจุดไหนกันแน่คิว{\displaystyle Q}จริง ลำดับที่เกี่ยวข้องqn:=เค=0nχคิว(n)/2เค+1{\displaystyle q_{n}\,:=\,{\textstyle \sum }_{k=0}^{n}\chi _{Q}(n)/2^{k+1}}เป็นแบบโมโนโทน โดยค่าต่างๆ จะเพิ่มขึ้นอย่างไม่เคร่งครัดระหว่างขอบเขต0{\displaystyle 0}และ1{\displaystyle 1}ในที่นี้ เพื่อเป็นการสาธิต เราจะกำหนดความเท่าเทียมกันแบบขยายให้กับลำดับศูนย์(qอีxที0):=n.qn=0{\displaystyle (q\cong _{\mathrm {ext} }0)\,:=\,\forall n.q_{n}=0}ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าqอีxที0n.คิว(n){\displaystyle q\cong _{\mathrm {ext} }0\leftrightarrow \forall n.Q(n)}โปรดสังเกตว่าสัญลักษณ์ "0{\displaystyle 0}" ถูกใช้ในหลายบริบทที่นี่ สำหรับทฤษฎีใดๆ ที่ครอบคลุมเลขคณิตนั้น ยังมีข้อความอีกมากมายที่ยังไม่ได้รับการตัดสิน และแม้กระทั่งข้อความที่พิสูจน์ได้ว่าเป็นอิสระต่อกันn.คิว(n){\displaystyle \forall n.Q(n)}. สองΠ10{\displaystyle \Pi _{1}^{0}}-ตัวอย่างเช่นข้อสันนิษฐานของโกลด์บัคและประโยคของรอสเซอร์ในทฤษฎีบท

พิจารณาทฤษฎีใดๆ ก็ได้ที{\displaystyle {\mathsf {T}}}โดยมีตัวบ่งปริมาณที่ครอบคลุมลำดับ เชิง ตรรกะแบบดั้งเดิมที่เรียกซ้ำได้ ตรรกะ ขั้นต่ำ สุด พิสูจน์ข้ออ้างที่ไม่ขัดแย้งกันสำหรับประพจน์ใดๆ และการปฏิเสธของส่วนกลางที่ถูกยกเว้นสำหรับประพจน์ใดๆ ก็ตามจะเป็นเรื่องไร้สาระ นอกจากนี้ยังหมายความว่าไม่มีทฤษฎีที่สอดคล้องกัน (แม้จะเป็นทฤษฎีต่อต้านคลาสสิก) ที่ปฏิเสธการแยกส่วนตรงกลางที่ถูกยกเว้นสำหรับประพจน์ใดๆ ก็ตาม อันที่จริงแล้ว มันถือว่า

ที(xคิวเอ็น).¬¬((xอีxที0)¬(xอีxที0)){\displaystyle {\mathsf {T}}\,\,\,\vdash \,\,\,\forall (x\in {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }).\,\neg \neg {\big (}(x\cong _{\mathrm {ext} }0)\lor \neg (x\cong _{\mathrm {ext} }0){\big )}}

ทฤษฎีบทนี้มีความสมมูลทางตรรกะกับการอ้างว่าลำดับหนึ่งไม่มีอยู่จริง ซึ่งการเชื่อมแบบ "ยกเว้นตรงกลาง" เกี่ยวกับความเท่ากับศูนย์นั้นสามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่จริง ไม่มีลำดับใดที่สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าการเชื่อมแบบ "ยกเว้นตรงกลาง" นั้นถูกปฏิเสธ สมมติว่าทฤษฎีที่กล่าวถึงนั้นสอดคล้องกันและถูกต้องตามหลักคณิตศาสตร์ ทีนี้ทฤษฎีบทของเกอเดลหมายความว่ามีลำดับที่ชัดเจนอยู่จีคิวเอ็น{\displaystyle g\in {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}โดยที่สำหรับความแม่นยำคงที่ใดๆที{\displaystyle {\mathsf {T}}}พิสูจน์ว่าลำดับศูนย์เป็นค่าประมาณที่ดีของจี{\displaystyle g}แต่ก็สามารถสรุปได้ในเชิงอภิปรัชญาเช่นกันว่าที(จีอีxที0){\displaystyle {\mathsf {T}}\,\nvdash \,(g\cong _{\mathrm {ext} }0)}รวมถึงที¬(จีอีxที0){\displaystyle {\mathsf {T}}\,\nvdash \,\neg (g\cong _{\mathrm {ext} }0)}[ 2 ] ข้อ เสนอแนะนี้จีอีxที0{\displaystyle g\cong _{\mathrm {ext} }0}ซึ่งเท่ากับข้อเสนอของรูปแบบที่มีปริมาณสากลอีกครั้ง อย่างเห็นได้ชัด

ที+พีอีเอ็ม(xคิวเอ็น).(xอีxที0)¬(xอีxที0){\displaystyle {\mathsf {T}}+{\mathrm {PEM} }\,\,\,\vdash \,\,\,\forall (x\in {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }).\,(x\cong _{\mathrm {ext} }0)\lor \neg (x\cong _{\mathrm {ext} }0)}

แม้ว่าข้ออ้างการแยกส่วนเหล่านี้จะไม่มีข้อมูลใดๆ ก็ตาม ในกรณีที่ไม่มีสัจพจน์เพิ่มเติมที่ทำลายคุณสมบัติเชิงอภิปรัชญา การอนุมานเชิงสร้างสรรค์โดยทั่วไปจะสะท้อนถึงความสามารถในการพิสูจน์ ข้อความต้องห้ามที่ไม่ควรตัดสินได้ (หากเป้าหมายคือการเคารพการตีความความสามารถในการพิสูจน์ของข้ออ้างเชิงสร้างสรรค์) สามารถออกแบบเพื่อกำหนดนิยามของความเท่าเทียมกันแบบกำหนดเองได้{\displaystyle \cong }"รวมถึงการกำหนดรูปแบบอย่างเป็นทางการด้านล่างด้วย สำหรับนัยยะของการเชื่อมโยงแบบ "หรือ" ของข้อเสนอที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์หรือหักล้างนั้น เราจะเรียกว่าตัวอย่างค้านแบบบราวเวอร์ที่อ่อนแอ "

ลำดับเทียบกับการแยก

ทฤษฎีของฟิลด์ปิดจริงสามารถกำหนดเป็นสัจพจน์ได้ โดยที่สัจพจน์ที่ไม่ใช่เชิงตรรกะทั้งหมดสอดคล้องกับหลักการเชิงสร้างสรรค์ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับวงแหวนสลับที่พร้อมด้วยสมมติฐานสำหรับตัวบ่งชี้เชิงบวกx>0{\displaystyle x>0}โดยมีหน่วยเป็นบวกและศูนย์เป็นลบ กล่าวคือ1>0{\displaystyle 1>0}และ¬(0>0){\displaystyle \neg (0>0)}ในวงแหวนใดๆ ก็ตาม เราสามารถกำหนดได้y>x:=(yx>0){\displaystyle y>x\,:=\,(y-x>0)}ซึ่งถือเป็นลำดับสมบูรณ์ที่เข้มงวดในรูปแบบการสร้าง (เรียกอีกอย่างว่าลำดับเชิงเส้น หรือเพื่อให้ชัดเจนในบริบทนี้ เรียกว่าลำดับเสมือน ) ตามปกติแล้วx<0{\displaystyle x<0}ถูกกำหนดให้เป็น0>x{\displaystyle 0>x}.

ทฤษฎี ลำดับแรกนี้มีความเกี่ยวข้องเนื่องจากโครงสร้างที่กล่าวถึงด้านล่างเป็นแบบจำลองของทฤษฎีนี้[ 3 ]อย่างไรก็ตาม ส่วนนี้จึงไม่เกี่ยวข้องกับแง่มุมที่คล้ายกับโทโพโลยีและโครงสร้างย่อยทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องไม่สามารถกำหนดได้ในที่นี้

ดังที่ได้อธิบายไปแล้ว ตัวบ่งชี้ต่างๆ จะไม่สามารถตัดสินได้ในการกำหนดรูปแบบเชิงสร้างสรรค์ เช่น ตัวบ่งชี้ที่สร้างขึ้นจากความสัมพันธ์เชิงทฤษฎีลำดับ ซึ่งรวมถึง "{\displaystyle \cong }ซึ่งจะถูกตีความว่าเทียบเท่ากับการปฏิเสธ ต่อไปนี้จะเป็นการอธิบายการเชื่อมประโยคแบบ "หรือ" ที่สำคัญอย่างชัดเจน

ไตรภาค

ในตรรกศาสตร์เชิงสัญชาตญาณการอนุมานแบบแยกส่วนในรูปแบบ(ϕψ)(¬ϕψ){\displaystyle (\phi \lor \psi )\to (\neg \phi \to \psi )}โดยทั่วไปแล้วมักจะเกิดขึ้นเฉพาะใน{\displaystyle \to }-ทิศทาง ในลำดับเสมือน จะมี

¬(x>00>x)x0{\displaystyle \neg (x>0\lor 0>x)\to x\cong 0}

และในความเป็นจริงแล้ว เงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งในสามข้อนี้เท่านั้นที่จะเป็นจริงได้ในคราวเดียว แต่กฎการแยกสามทาง ที่แข็งแกร่งกว่า และเป็นไปตาม หลักตรรกะ นั้น โดยทั่วไปแล้วจะไม่เป็นจริงกล่าวคือ ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าสำหรับจำนวนจริงทั้งหมด

(x>00>x)x0{\displaystyle (x>0\lor 0>x)\lor x\cong 0}

ดูการวิเคราะห์แอลพีโอ{\displaystyle {\mathrm {LPO} }}อย่างไรก็ตาม อาจมีการระบุถึงความไม่สอดคล้องกันอื่นๆ โดยอิงจากผลลัพธ์เชิงบวกอื่นๆ เช่น(x+y>0)(x>0y>0){\displaystyle (x+y>0)\to (x>0\lor y>0)}ในทำนองเดียวกัน ลำดับที่ไม่สมมาตรในทฤษฎีควรเป็นไปตามคุณสมบัติความเป็นเส้นตรงแบบอ่อน(y>x)(y>ทีที>x){\displaystyle (y>x)\to (y>t\lor t>x)}สำหรับทุกคนที{\displaystyle t}เกี่ยวข้องกับตำแหน่งที่ตั้งของวัตถุจริง

ทฤษฎีนี้จะยืนยันสัจพจน์เพิ่มเติมเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างภาคแสดงความเป็นบวกx>0{\displaystyle x>0}และการดำเนินการทางพีชคณิต รวมถึงการผกผันการคูณ ตลอดจนทฤษฎีบทค่ากลางสำหรับพหุนาม ในทฤษฎีนี้ ระหว่างจำนวนสองจำนวนใดๆ ที่แยกจากกัน จะมีจำนวนอื่นๆ อยู่ด้วย

การแยกจากกัน

ในบริบทของการวิเคราะห์ กริยาช่วยเชิงบวกเชิงตรรกะ

x#y:=(x>yy>x){\displaystyle x\#y\,:=\,(x>y\lor y>x)}

อาจได้รับการกำหนดอย่างอิสระและก่อให้เกิดความสัมพันธ์ที่แยก จากกัน ด้วยเหตุนี้ การแทนที่หลักการข้างต้นจึงให้ความแน่นแฟ้น

¬(x#0)(x0){\displaystyle \neg (x\#0)\leftrightarrow (x\cong 0)}

ดังนั้น ความห่างเหินจึงสามารถทำหน้าที่เป็นนิยามของ "{\displaystyle \cong }"ทำให้มันกลายเป็นการปฏิเสธ การปฏิเสธทั้งหมดมีความเสถียรในตรรกะแบบสัญชาตญาณนิยม และดังนั้น

¬¬(xy)(xy){\displaystyle \neg \neg (x\cong y)\leftrightarrow (x\cong y)}

การแยกส่วนสามส่วนที่เข้าใจยากนั้นจึงอ่านได้ดังนี้

(x#0)¬(x#0){\displaystyle (x\#0)\lor \neg (x\#0)}

ที่สำคัญคือการพิสูจน์การเชื่อมโยงแบบ "หรือ"x#y{\displaystyle x\#y}นำเสนอข้อมูลเชิงบวกในทั้งสองความหมายของคำนี้ ผ่านทาง(ϕ¬ψ)(ψ¬ϕ){\displaystyle (\phi \to \neg \psi )\leftrightarrow (\psi \to \neg \phi )}นอกจากนี้ยังสรุปได้ว่าx#0¬(x0){\displaystyle x\#0\to \neg (x\cong 0)}กล่าวคือ การพิสูจน์ว่าจำนวนหนึ่งแตกต่างจากศูนย์นั้น ก็เป็นการพิสูจน์ว่าจำนวนนั้นไม่ใช่ศูนย์ด้วยเช่นกัน แต่ในทางสร้างสรรค์แล้ว ข้อความปฏิเสธสองครั้งนั้นไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้นเสมอไป¬(x0){\displaystyle \neg (x\cong 0)}จะหมายความว่าx#0{\displaystyle x\#0}ดังนั้น ข้อความที่เทียบเท่ากันในทางคลาสสิกจำนวนมากจึงแยกออกเป็นข้อความที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น สำหรับพหุนามที่กำหนดไว้พีอาร์[x]{\displaystyle p\in {\mathbb {R} }[x]}และคงที่เคเอ็น{\displaystyle k\in {\mathbb {N} }}คำกล่าวที่ว่าเค{\displaystyle k}สัมประสิทธิ์ลำดับที่เอเค{\displaystyle a_{k}}ของพี{\displaystyle p}การที่มันแตกต่างจากศูนย์นั้นมีความหมายที่หนักแน่นกว่าการกล่าวอ้างเพียงแค่ว่ามันไม่เป็นศูนย์ การพิสูจน์ข้อแรกจะอธิบายให้เห็นภาพชัดเจนยิ่งขึ้นเอเค{\displaystyle a_{k}}และศูนย์มีความสัมพันธ์กันในแง่ของเงื่อนไขการเรียงลำดับบนจำนวนจริง ในขณะที่การพิสูจน์ในส่วนหลังแสดงให้เห็นว่าการปฏิเสธเงื่อนไขดังกล่าวจะนำไปสู่ความขัดแย้ง ในทางกลับกัน ก็ยังมีแนวคิดที่เข้มงวดและหลวมๆ เกี่ยวกับตัวอย่างเช่น การเป็นพหุนามอันดับสาม

ดังนั้นค่ากลางที่ถูกยกเว้นสำหรับx#0{\displaystyle x\#0}Apriori แข็งแกร่งกว่า Apriori สำหรับx0{\displaystyle x\cong 0}อย่างไรก็ตาม โปรดดูการอภิปรายเกี่ยวกับหลักการเชิงสัจพจน์เพิ่มเติมที่เป็นไปได้เกี่ยวกับความแข็งแกร่งของ "{\displaystyle \cong }" ด้านล่าง.

ลำดับบางส่วนที่ไม่เข้มงวด

สุดท้ายนี้ ความสัมพันธ์0x{\displaystyle 0\geq x}อาจถูกกำหนดหรือพิสูจน์ได้ว่าเทียบเท่ากับข้อความปฏิเสธเชิงตรรกะ¬(x>0){\displaystyle \neg (x>0)}แล้วก็x0{\displaystyle x\leq 0}ถูกกำหนดให้เป็น0x{\displaystyle 0\geq x}ความสามารถในการตัดสินใจเกี่ยวกับความเป็นบวกจึงอาจแสดงได้ดังนี้x>00x{\displaystyle x>0\lor 0\geq x}ซึ่งอย่างที่กล่าวไว้แล้วว่าโดยทั่วไปจะไม่สามารถพิสูจน์ได้ แต่การแยกส่วนโดยรวมก็จะไม่สามารถพิสูจน์ได้เช่นกันx00x{\displaystyle x\geq 0\lor 0\geq x}ดูเพิ่มเติมที่การวิเคราะห์แอลแอลพีโอ{\displaystyle {\mathrm {LLPO} }}.

ตามกฎของเดอ มอร์แกน ที่ถูกต้อง การเชื่อมโยงของข้อความดังกล่าวจึงกลายเป็นการปฏิเสธการแยกจากกันด้วยเช่นกัน ดังนั้น

(xyyx)(xy){\displaystyle (x\geq y\land y\geq x)\leftrightarrow (x\cong y)}

การแยกx>yxy{\displaystyle x>y\lor x\cong y}หมายความว่าxy{\displaystyle x\geq y}แต่ทิศทางอื่นก็ไม่สามารถพิสูจน์ได้โดยทั่วไปเช่นกัน ในฟิลด์ปิดจริงเชิงสร้างสรรค์ความสัมพันธ์ "{\displaystyle \geq }" เป็นการปฏิเสธ และไม่เท่ากับการเชื่อมแบบ "หรือ" โดยทั่วไป

การเปลี่ยนแปลง

การเรียกร้องคุณสมบัติความเป็นระเบียบเรียบร้อยที่ดีดังที่กล่าวมาข้างต้น แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องมีคุณสมบัติความสมบูรณ์แบบที่แข็งแกร่งด้วยนั้น หมายความว่าพีอีเอ็ม{\displaystyle {\mathrm {PEM} }}ที่น่าสังเกตคือการเติมเต็มแบบ MacNeilleมีคุณสมบัติความสมบูรณ์ที่ดีกว่าในฐานะชุดข้อมูล แต่มีทฤษฎีความสัมพันธ์เชิงลำดับที่ซับซ้อนกว่า และในทางกลับกัน คุณสมบัติการระบุตำแหน่งที่แย่กว่า แม้ว่าจะไม่ค่อยได้ใช้กันทั่วไป แต่โครงสร้างนี้ก็สามารถลดรูปเป็นจำนวนจริงแบบคลาสสิกได้เมื่อสมมติว่าพีอีเอ็ม{\displaystyle {\mathrm {PEM} }}.

ความสามารถในการผกผัน

ในวงแหวนสลับที่ของจำนวนจริง สมาชิกที่ไม่สามารถหาตัวผกผันได้โดยพิสูจน์ได้จะมีค่าเท่ากับศูนย์ สิ่งนี้และโครงสร้างพื้นฐานที่สุดของความเป็นท้องถิ่นถูกสรุปไว้ในทฤษฎีของฟิลด์เฮย์ติง

การทำให้เป็นทางการ

ลำดับตรรกยะ

แนวทางทั่วไปคือการระบุจำนวนจริงด้วยลำดับที่ไม่เปลี่ยนแปลงในคิวเอ็น{\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}ลำดับคงที่เหล่านี้สอดคล้องกับจำนวนตรรกยะ การดำเนินการทางพีชคณิต เช่น การบวกและการคูณ สามารถกำหนดได้ทีละส่วนประกอบ พร้อมกับการจัดทำดัชนีใหม่อย่างเป็นระบบเพื่อเพิ่มความเร็ว นอกจากนี้ การกำหนดในแง่ของลำดับยังช่วยให้สามารถกำหนดลำดับที่เข้มงวดได้อีกด้วย>{\displaystyle >}"การปฏิบัติตามสัจพจน์ที่ต้องการ ความสัมพันธ์อื่นๆ ที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถกำหนดได้โดยใช้สัจพจน์นี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำนวนใดๆx{\displaystyle x}นอกเหนือจาก0{\displaystyle 0}, เช่นx#0{\displaystyle x\#0}ในที่สุดจะมีดัชนีที่องค์ประกอบทั้งหมดสามารถผกผันได้[ 4 ] จากนั้นจึงสามารถพิสูจน์นัยยะต่างๆ ระหว่างความสัมพันธ์ ตลอดจนระหว่างลำดับที่มีคุณสมบัติต่างๆ ได้

โมดูลัส

เนื่องจากค่าสูงสุดบนเซตจำกัดของจำนวนตรรกยะสามารถตัดสินได้ จึงสามารถกำหนดแผนที่ค่าสัมบูรณ์บนจำนวนจริงได้ และสามารถกำหนดการลู่เข้าของโคชี และลิมิตของลำดับจำนวนจริงได้ตามปกติ

ค่าสัมประสิทธิ์การลู่เข้ามักถูกนำมาใช้ในการศึกษาเชิงสร้างสรรค์ของลำดับโคชีของจำนวนจริง ซึ่งหมายถึงการเชื่อมโยงของใดๆε>0{\displaystyle \varepsilon >0}ไปยังดัชนีที่เหมาะสม (ซึ่งลำดับจะอยู่ใกล้กันมากกว่า)ε{\displaystyle \varepsilon }) จำเป็นต้องอยู่ในรูปแบบของฟังก์ชันที่ชัดเจนและเพิ่มขึ้นอย่างเคร่งครัดεเอ็น(ε){\displaystyle \varepsilon \mapsto N(\varepsilon )}ค่าสัมบูรณ์ดังกล่าวอาจนำมาพิจารณาสำหรับลำดับของจำนวนจริงได้ แต่ก็อาจนำมาพิจารณาสำหรับจำนวนจริงทั้งหมดได้เช่นกัน ซึ่งในกรณีนี้ เรากำลังพิจารณาลำดับของคู่จำนวนจริงอยู่

ขอบเขตและค่าสูงสุด

เมื่อพิจารณาแบบจำลองดังกล่าวแล้ว จะทำให้สามารถกำหนดแนวคิดทางทฤษฎีเซตเพิ่มเติมได้ สำหรับเซตย่อยใดๆ ของจำนวนจริง เราอาจกล่าวถึงขอบเขตบนได้{\displaystyle b}มีลักษณะเชิงลบโดยใช้x{\displaystyle x\leq b}อาจกล่าวได้ว่ามีขอบเขตบนต่ำสุดที่เกี่ยวข้องกับ "{\displaystyle \leq }ค่า สูงสุด (Supremum)คือขอบเขตบนที่กำหนดโดยลำดับของจำนวนจริง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะในเชิงบวกโดยใช้"<{\displaystyle <}". ถ้าเซตย่อยที่มีขอบเขตบนมีพฤติกรรมที่ดีเมื่อเทียบกับ "<{\displaystyle <}(ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป) มีค่าสูงสุด

การทำให้เป็นทางการของบิชอป

รูปแบบหนึ่งของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ที่เป็นทางการ ซึ่งจำลองคุณสมบัติลำดับที่อธิบายไว้ข้างต้น สามารถพิสูจน์ทฤษฎีบทสำหรับลำดับของจำนวนตรรกยะได้x{\displaystyle x}การปฏิบัติตามเงื่อนไขความสม่ำเสมอ|xnx|1n+1{\displaystyle |x_{n}-x_{m}|\leq {\tfrac {1}{n}}+{\tfrac {1}{m}}}อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้แบบที่รัดแน่นกว่า2n{\displaystyle 2^{-n}}แทนที่จะ1n{\displaystyle {\tfrac {1}{n}}}และในกรณีหลัง ควรใช้ดัชนีที่ไม่เป็นศูนย์ ไม่มีจำนวนตรรกยะสองตัวใดในลำดับปกติที่มีค่ามากกว่า32{\displaystyle {\tfrac {3}{2}}}แยกออกจากกัน และด้วยเหตุนี้จึงสามารถคำนวณจำนวนธรรมชาติที่เกินจำนวนจริงใดๆ ได้ สำหรับลำดับปกติ จะกำหนดคุณสมบัติความเป็นบวกแบบหลวมๆ ที่เป็นบวกเชิงตรรกะดังนี้x>0:=n.xn>1n{\displaystyle x>0\,:=\,\exists n.x_{n}>{\tfrac {1}{n}}}โดยที่ความสัมพันธ์ทางด้านขวามืออยู่ในรูปของจำนวนตรรกยะ ในทางรูปธรรม จำนวนจริงบวกในภาษานี้คือลำดับปกติพร้อมกับความเป็นบวกตามธรรมชาติ นอกจากนี้xy:=n.|xnyn|2n{\displaystyle x\cong y\,:=\,\forall n.|x_{n}-y_{n}|\leq {\tfrac {2}{n}}}ซึ่งในเชิงตรรกะแล้วเทียบเท่ากับการปฏิเสธ¬n.|xnyn|>2n{\displaystyle \neg \exists n.|x_{n}-y_{n}|>{\tfrac {2}{n}}}นี่เป็นความสัมพันธ์แบบถ่ายทอดที่พิสูจน์ได้ และในทางกลับกันก็เป็น ความสัมพันธ์ สมมูลผ่านทางภาคแสดงนี้ ลำดับปกติในแถบ|xn|2n{\displaystyle |x_{n}|\leq {\tfrac {2}{n}}}ถือว่าเทียบเท่ากับลำดับศูนย์ คำจำกัดความดังกล่าวเข้ากันได้กับการวิจัยแบบคลาสสิก และรูปแบบต่างๆ ของการวิจัยนี้ก็ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีก่อนหน้านี้เช่นกัน หนึ่งมีy>x{\displaystyle y>x}เช่น(yx)>0{\displaystyle (y-x)>0}. อีกด้วย,x0{\displaystyle x\geq 0}อาจกำหนดได้จากคุณสมบัติที่ไม่เป็นลบเชิงตัวเลข ดังนี้xn1n{\displaystyle x_{n}\geq -{\tfrac {1}{n}}}สำหรับทุกคนn{\displaystyle n}แต่ต่อมาแสดงให้เห็นว่าเทียบเท่ากับการปฏิเสธเชิงตรรกะของข้อก่อนหน้า[ 5 ] [ 6 ]

การเปลี่ยนแปลง

คำจำกัดความข้างต้นของxy{\displaystyle x\cong y}ใช้ขอบเขตทั่วไป2n{\displaystyle {\tfrac {2}{n}}}รูปแบบที่เป็นทางการอื่นๆ ใช้คำจำกัดความโดยตรงว่า สำหรับขอบเขตคงที่ใดๆ2เอ็น{\displaystyle {\tfrac {2}{N}}}ตัวเลขx{\displaystyle x}และy{\displaystyle y}ในที่สุดแล้วจะต้องอยู่ใกล้กันตลอดไปอย่างน้อยที่สุด ขอบเขตที่ลดลงอย่างรวดเร็วแบบทวีคูณ2n{\displaystyle 2^{-n}}นอกจากนี้ยังใช้ในเงื่อนไขจำนวนจริงด้วยn.|xnxn+1|<2n{\displaystyle \forall n.|x_{n}-x_{n+1}|<2^{-n}}และเช่นเดียวกันสำหรับความเท่าเทียมกันของจำนวนจริงสองจำนวนดังกล่าว นอกจากนี้ ลำดับของจำนวนตรรกยะอาจจำเป็นต้องมีโมดูลัสของการลู่เข้า คุณสมบัติเชิงบวกอาจถูกกำหนดให้แยกจากกันอย่างถาวรโดยจำนวนตรรกยะบางจำนวน

การเลือกฟังก์ชันในเอ็นเอ็น{\displaystyle {\mathbb {N} }^{\mathbb {N} }}หรือหลักการที่แข็งแกร่งกว่านั้นจะช่วยสนับสนุนกรอบการทำงานดังกล่าว

การเขียนโค้ด

เป็นที่น่าสังเกตว่าลำดับในคิวเอ็น{\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}สามารถเขียนโค้ดได้อย่างกระชับ เนื่องจากแต่ละส่วนสามารถแมปไปยังคลาสย่อยที่ไม่ซ้ำกันได้เอ็น{\displaystyle {\mathbb {N} }}ลำดับของจำนวนตรรกยะฉันnฉันฉัน(1)ฉัน{\displaystyle i\mapsto {\tfrac {n_{i}}{d_{i}}}(-1)^{s_{i}}}อาจเข้ารหัสเป็นชุดของเลขสี่ฉัน,nฉัน,ฉัน,ฉันเอ็น4{\displaystyle \langle i,n_{i},d_{i},s_{i}\rangle \in {\mathbb {N} }^{4}}ในทางกลับกัน สิ่งนี้สามารถเข้ารหัสเป็นจำนวนธรรมชาติที่ไม่ซ้ำกันได้2ฉัน3nฉัน5ฉัน7ฉัน{\displaystyle 2^{i}\cdot 3^{n_{i}}\cdot 5^{d_{i}}\cdot 7^{s_{i}}}โดยใช้ทฤษฎีบทพื้นฐานทางเลขคณิต นอกจากนี้ยัง มีฟังก์ชันการจับคู่ ที่ประหยัดกว่า หรือแท็กการเข้ารหัสส่วนขยาย หรือเมตาเดตา ตัวอย่างเช่น การใช้การเข้ารหัสนี้ ลำดับจะเป็นดังนี้ฉันเค=0ฉัน1เค!{\displaystyle i\mapsto {\textstyle \sum }_{k=0}^{i}{\tfrac {1}{k!}}}, หรือ1,2,52,83,{\displaystyle 1,2,{\tfrac {5}{2}},{\tfrac {8}{3}},\dots }อาจใช้ในการคำนวณเลขของออยเลอร์และด้วยโค้ดข้างต้น จะแมปไปยังคลาสย่อย{15,90,24300,6561000,}{\displaystyle \{15,90,24300,6561000,\dots \}}ของเอ็น{\displaystyle {\mathbb {N} }}แม้ว่าตัวอย่างนี้ ซึ่งเป็นลำดับของผลรวมที่ชัดเจน จะเป็นฟังก์ชันแบบเรียกซ้ำโดยสมบูรณ์ตั้งแต่แรก แต่การเข้ารหัสยังหมายความว่าวัตถุเหล่านี้อยู่ในขอบเขตของตัวบ่งปริมาณในเลขคณิตอันดับสองด้วย

ทฤษฎีเซต

เรียลคอชี

ในบางกรอบแนวคิดของการวิเคราะห์ลำดับหรือจำนวนตรรกยะที่มีพฤติกรรมที่ดี และความสัมพันธ์ต่างๆ เช่นจำนวนจริง จะถูกเรียกว่าเช่นนั้นxy{\displaystyle x\cong y}เรียกว่าจำนวนเท่าเทียมหรือจำนวนจริงอย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่ามีคุณสมบัติบางอย่างที่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างสองจำนวนนี้ได้{\displaystyle \cong }- ที่เกี่ยวข้องจริง ๆ

ในทางตรงกันข้าม ในทฤษฎีเซตที่จำลองจำนวนธรรมชาติเอ็น{\displaystyle {\mathbb {N} }}และยืนยันการมีอยู่ของปริภูมิฟังก์ชันที่ไม่สามารถนับได้ในทางคลาสสิก (และแน่นอนว่าสามารถกล่าวได้ว่า)ซีเอฟ{\displaystyle {\mathsf {CZF}}}หรือแม้กระทั่งเอฟซี{\displaystyle {\mathsf {ZFC}}}) ตัวเลขที่เทียบเท่ากับ "{\displaystyle \cong }" ในคิวเอ็น{\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}อาจถูกรวบรวมเป็นเซต และเซตนี้เรียกว่าจำนวนจริงโคชีในภาษาดังกล่าว ลำดับตรรกยะปกติจะถูกลดระดับให้เป็นเพียงตัวแทนของจำนวนจริงโคชี ความเท่าเทียมกันของจำนวนจริงเหล่านั้นจะได้รับจากความเท่าเทียมกันของเซต ซึ่งถูกควบคุมโดยสัจพจน์ทางทฤษฎีเซตของความขยาย ผลที่ตามมาคือทฤษฎีเซตจะพิสูจน์คุณสมบัติสำหรับจำนวนจริง กล่าวคือสำหรับเซตประเภทนี้ ซึ่งแสดงโดยใช้ความเท่าเทียมกันเชิงตรรกะ จำนวนจริงเชิงสร้างสรรค์ในกรณีที่มีสัจพจน์การเลือกที่เหมาะสมจะเป็นจำนวนจริงโคชีที่สมบูรณ์ แต่จะไม่สมบูรณ์แบบตามลำดับโดยอัตโนมัติ[ 7 ]

ดีเดคินด์ เรียลส์

ในบริบทนี้ อาจเป็นไปได้ที่จะสร้างแบบจำลองทฤษฎีหรือจำนวนจริงโดยใช้การตัดของ เดเดคินด์ (Dedekind cuts)คิว{\displaystyle {\mathbb {Q} }}อย่างน้อยก็เมื่อสมมติว่าพีอีเอ็ม{\displaystyle {\mathrm {PEM} }}หรือการเลือกแบบพึ่งพา โครงสร้างเหล่านี้มีโครงสร้างเหมือนกัน

เลขคณิตช่วง

อีกแนวทางหนึ่งคือการกำหนดจำนวนจริงให้เป็นเซตย่อยบางส่วนของคิว×คิว{\displaystyle {\mathbb {Q} }\times {\mathbb {Q} }}โดยเก็บคู่ที่แสดงถึงช่วงเวลาที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่และตัดกันเป็นคู่ๆ

ความไม่สามารถนับได้

โปรดจำไว้ว่าการสั่งจองล่วงหน้าสำหรับพระคาร์ดินัล "{\displaystyle \leq }ในทฤษฎีเซต แนวคิดหลักคือ การมีอยู่ แบบฉีด (injection existence) ดังนั้น ทฤษฎีเชิงสร้างสรรค์ของลำดับเชิงคาร์ดินัลจึงอาจแตกต่างจากทฤษฎีแบบคลาสสิกอย่างมาก ในที่นี้ เซตต่างๆ เช่นคิวเอ็น{\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}หรือบางแบบจำลองของจำนวนจริงอาจถือได้ว่าเป็นจำนวนนับย่อย

ถึงกระนั้นการสร้างแนวทแยงของแคนเตอร์พิสูจน์ว่าเซตกำลังนั้นนับไม่ได้ เช่นพีเอ็น{\displaystyle {\mathcal {P}}{\mathbb {N} }}และพื้นที่ใช้งานธรรมดา เช่นคิวเอ็น{\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }}มี ความถูกต้อง ตามสัญชาตญาณสมมติว่าพีอีเอ็ม{\displaystyle {\mathrm {PEM} }}หรืออีกทาง เลือกหนึ่งคือสัจพจน์ การเลือกที่นับได้ แบบจำลองของอาร์{\displaystyle {\mathbb {R} }}มักจะนับไม่ได้เสมอ แม้แต่ในกรอบโครงสร้างเชิงสร้างสรรค์[ 8 ]รูปแบบหนึ่งของการสร้างแนวทแยงที่เกี่ยวข้องกับบริบทปัจจุบันอาจกำหนดได้ดังนี้ พิสูจน์โดยใช้การเลือกที่นับได้และสำหรับจำนวนจริงเป็นลำดับของจำนวนตรรกยะ: [ 9 ]

สำหรับจำนวนจริงสองคู่ใดๆเอ<{\displaystyle a<b}และลำดับของจำนวนจริงใดๆxn{\displaystyle x_{n}}มีอยู่จริงz{\displaystyle z}กับเอ<z<{\displaystyle a<z<b}และ(nเอ็น).xn#z{\displaystyle \forall (n\in {\mathbb {N} }).x_{n}\,\#\,z}.

การกำหนดสูตรของจำนวนจริงโดยอาศัยโมดูลัสที่ชัดเจน ช่วยให้สามารถดำเนินการแยกกันได้

ตามที่คานาโมริ กล่าวไว้ ว่า "มีการบิดเบือนทางประวัติศาสตร์ที่เชื่อมโยงการทำให้เป็นแนวทแยงกับการไม่สร้างสรรค์" และองค์ประกอบเชิงสร้างสรรค์ของการโต้แย้งแนวทแยงปรากฏอยู่ในงานของแคนเตอร์แล้ว[ 10 ]

ทฤษฎีหมวดหมู่และประเภท

การพิจารณาทั้งหมดเหล่านี้สามารถดำเนินการได้ในโทโพสหรือทฤษฎีประเภทพึ่งพาที่เหมาะสมเช่นกัน

หลักการ

ในคณิตศาสตร์ประยุกต์ ทฤษฎีบทการเลือกแบบพึ่งพาได้รับการนำมาใช้ในหลายสำนักคิด

หลักการของมาร์คอฟถูกนำมาใช้ในสำนักคณิตศาสตร์แบบเวียนเกิดของรัสเซีย หลักการนี้ช่วยเสริมความหนักแน่นของการปฏิเสธความเท่าเทียมกันอย่างเคร่งครัดที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว รูปแบบเชิงวิเคราะห์ของหลักการนี้เรียกว่า...¬(x0)x>0{\displaystyle \neg (x\leq 0)\to x>0}หรือ¬(x0)x#0{\displaystyle \neg (x\cong 0)\to x\#0}อาจมีการคิดค้นรูปแบบที่อ่อนกว่าได้

สำนัก คิด Brouwerianให้เหตุผลโดยพิจารณาจากการกระจายตัวและนำวิธีการอุปนัยแบบแท่ง ซึ่งถือว่าถูกต้องตามหลักคลาสสิก มา ใช้

โรงเรียนต่อต้านคลาสสิก

ผ่านการนำสัจพจน์ที่สอดคล้องกันเพิ่มเติมมาใช้ การปฏิเสธความสามารถในการตัดสินใจอาจพิสูจน์ได้ ตัวอย่างเช่น ความเท่ากับศูนย์ถูกปฏิเสธว่าไม่สามารถตัดสินใจได้เมื่อใช้หลักการความต่อเนื่องของ Brouwerian หรือวิทยานิพนธ์ของ Churchในคณิตศาสตร์แบบเรียกซ้ำ[ 11 ]หลักการความต่อเนื่องที่อ่อนแอ เช่นเดียวกับซีที0{\displaystyle {\mathrm {CT} _{0}}}แม้กระทั่งหักล้างx00x{\displaystyle x\geq 0\lor 0\geq x}การมีอยู่ของลำดับสเปคเกอร์ได้รับการพิสูจน์จากซีที0{\displaystyle {\mathrm {CT} _{0}}}ปรากฏการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นในโทโพอิที่สามารถรับรู้ได้เช่นกัน ที่น่าสังเกตคือ มีสองสำนักคิดต่อต้านทฤษฎีคลาสสิกที่ไม่สอดคล้องกัน บทความนี้จะกล่าวถึงหลักการที่สอดคล้องกับทฤษฎีคลาสสิก และจะอธิบายทางเลือกนั้นอย่างชัดเจน

ทฤษฎีบท

ทฤษฎีบทคลาสสิกหลายข้อสามารถพิสูจน์ได้เฉพาะในรูปแบบที่สมมูลกันทางตรรกะบนตรรกะคลาสสิกเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว การกำหนดทฤษฎีบทในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์จะสะท้อนทฤษฎีคลาสสิกที่ใกล้เคียงที่สุดในปริภูมิที่แยกออกจากกันได้ทฤษฎีบทบางข้อสามารถกำหนดได้เฉพาะในรูปของการประมาณค่าเท่านั้น

ทฤษฎีค่ากลาง

เพื่อเป็นตัวอย่างง่ายๆ ลองพิจารณาทฤษฎีบทค่ากลาง (IVT) ในการวิเคราะห์แบบคลาสสิก IVT หมายความว่า สำหรับฟังก์ชันต่อเนื่อง ใดๆ fจากช่วงปิด [ a , b ] ไปยังเส้นจำนวนจริงRถ้าf ( a ) เป็นลบในขณะที่f ( b ) เป็นบวกแล้วจะมีจำนวนจริงcในช่วงนั้นอยู่จริง ซึ่งf ( c ) มี ค่าเป็น ศูนย์ พอดี ในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ สิ่งนี้ไม่เป็นจริง เพราะการตีความเชิงสร้างสรรค์ของการหาปริมาณแบบมีอยู่ ("มีอยู่") ต้องการให้สามารถสร้างจำนวนจริงc ได้ (ในแง่ที่ว่าสามารถประมาณค่าได้ด้วยความแม่นยำที่ต้องการโดยใช้จำนวนตรรกยะ ) แต่ถ้าfอยู่ใกล้ศูนย์ในช่วงหนึ่งของโดเมนแล้ว สิ่งนี้อาจทำไม่ได้เสมอไป

อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ให้สูตรทางเลือกหลายสูตรของทฤษฎีบทค่าเริ่มต้น (IVT) ซึ่งทั้งหมดเทียบเท่ากับรูปแบบปกติในการวิเคราะห์แบบคลาสสิก แต่ไม่เทียบเท่าในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ ตัวอย่างเช่น ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันของf เช่น เดียวกับในทฤษฎีบทแบบคลาสสิก เมื่อกำหนดจำนวนธรรมชาติn ใดๆ (ไม่ว่าจะมีขนาดใหญ่เพียงใด) จะมีจำนวนจริงc ในช่วง n อยู่ (กล่าวคือ เราสามารถสร้างได้) ซึ่งค่าสัมบูรณ์ของf ( c ) น้อยกว่า 1/ nนั่นคือ เราสามารถเข้าใกล้ศูนย์ได้มากเท่าที่เราต้องการ แม้ว่าเราจะไม่สามารถสร้างcที่ให้ค่าเป็นศูนย์ได้อย่างแน่นอนก็ตาม

อีกทางเลือกหนึ่ง เราสามารถคงข้อสรุปเดียวกับในทฤษฎีบทค่ากลางแบบคลาสสิกไว้ได้ นั่นคือ มีค่า c เพียงค่าเดียว ที่ทำให้f ( c ) เป็นศูนย์พอดี ในขณะเดียวกันก็เสริมเงื่อนไขของf ให้เข้มงวดขึ้น เราต้องการให้fมีค่าไม่เป็นศูนย์ในระดับท้องถิ่นหมายความว่า เมื่อกำหนดจุดx ใดๆ ในช่วง [ a , b ] และจำนวนธรรมชาติm ใดๆ จะมีจำนวนจริง yอยู่ในช่วงนั้น (เราสามารถสร้างได้) ที่ทำให้ | y - x | < 1/ mและ | f ( y )| > 0 ในกรณีนี้ เราสามารถสร้างจำนวนc ที่ต้องการ ได้ นี่เป็นเงื่อนไขที่ซับซ้อน แต่ก็มีเงื่อนไขอื่นๆ อีกหลายอย่างที่เป็นนัยถึงเงื่อนไขนี้และมักพบได้ทั่วไป ตัวอย่างเช่นฟังก์ชันวิเคราะห์ ทุกฟังก์ชัน มีค่าไม่เป็นศูนย์ในระดับท้องถิ่น (โดยสมมติว่าฟังก์ชันนั้นเป็นไปตามเงื่อนไขf ( a ) < 0 และf ( b ) > 0 อยู่แล้ว)

อีกมุมมองหนึ่งในการมองตัวอย่างนี้ โปรดสังเกตว่าตามตรรกศาสตร์คลาสสิกหาก เงื่อนไข ที่ไม่เป็นศูนย์ในระดับท้องถิ่นล้มเหลว ก็จะต้องล้มเหลวที่จุด xเฉพาะจุดหนึ่งและจากนั้นf ( x ) จะเท่ากับ 0 ดังนั้นทฤษฎีบทค่ากลาง (IVT) จึงถูกต้องโดยอัตโนมัติ ดังนั้นในคณิตศาสตร์วิเคราะห์คลาสสิก ซึ่งใช้ตรรกศาสตร์คลาสสิก ในการพิสูจน์ทฤษฎีบทค่ากลางฉบับเต็ม จึงเพียงพอที่จะพิสูจน์เวอร์ชันเชิงสร้างสรรค์ จากมุมมองนี้ ทฤษฎีบทค่ากลางฉบับเต็มจึงล้มเหลวในคณิตศาสตร์วิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์เพียงเพราะคณิตศาสตร์วิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ไม่ยอมรับตรรกศาสตร์คลาสสิก ในทางกลับกัน อาจมีคนโต้แย้งว่าความหมายที่แท้จริงของทฤษฎีบทค่ากลาง แม้ในคณิตศาสตร์คลาสสิก ก็คือเวอร์ชันเชิงสร้างสรรค์ที่เกี่ยวข้องกับ เงื่อนไข ที่ไม่เป็นศูนย์ในระดับท้องถิ่นโดยมีทฤษฎีบทค่ากลางฉบับเต็มตามมาด้วย "ตรรกศาสตร์บริสุทธิ์" ในภายหลัง นักตรรกศาสตร์บางคน แม้จะยอมรับว่าคณิตศาสตร์คลาสสิกถูกต้อง แต่ก็ยังเชื่อว่าแนวทางเชิงสร้างสรรค์ให้ความเข้าใจที่ดีกว่าเกี่ยวกับความหมายที่แท้จริงของทฤษฎีบท ในลักษณะนี้

หลักการขอบเขตบนน้อยที่สุดและเซตกระชับ

ความแตกต่างอีกประการหนึ่งระหว่างการวิเคราะห์แบบคลาสสิกและการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์คือ การวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ไม่ได้พิสูจน์หลักการขอบเขตบนน้อยที่สุดกล่าวคือเซตย่อย ใดๆ บนเส้นจำนวนจริงRจะมีขอบเขตบนน้อยที่สุด (หรือค่าสูงสุด) ซึ่งอาจเป็นอนันต์ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับทฤษฎีบทค่ากลาง เวอร์ชันทางเลือกยังคงอยู่ ในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ เซตย่อย ที่ระบุตำแหน่ง ใดๆ บนเส้นจำนวนจริงจะมีค่าสูงสุด (ในที่นี้ เซตย่อยSของRจะถูกระบุตำแหน่งถ้าเมื่อใดก็ตามที่x < y เป็น จำนวนจริง จะมีสมาชิกsของSที่x < sหรือyเป็นขอบเขตบนของS ) อีกครั้ง นี่เทียบเท่ากับหลักการขอบเขตบนน้อยที่สุดอย่างสมบูรณ์ในทางคลาสสิก เนื่องจากทุกเซตถูกระบุตำแหน่งในคณิตศาสตร์คลาสสิก และอีกครั้ง แม้ว่าคำจำกัดความของเซตที่ระบุตำแหน่งจะซับซ้อน แต่ก็เป็นไปตามเซตที่ศึกษาทั่วไปหลายเซต รวมถึงช่วง ทั้งหมด และเซตกระชับ ทั้งหมด

ในคณิตศาสตร์เชิงสร้างสรรค์ มีการกำหนดลักษณะของปริภูมิกระชับ น้อยลง ที่ถูกต้องในเชิงสร้างสรรค์ หรือจากมุมมองอื่น มีแนวคิดที่แตกต่างกันหลายอย่างที่เทียบเท่ากันในเชิงคลาสสิก แต่ไม่เทียบเท่ากันในเชิงสร้างสรรค์ อันที่จริง หากช่วง [ a , b ] เป็นปริภูมิกระชับตามลำดับในการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ ทฤษฎีบทค่ากลางแบบคลาสสิกจะตามมาจากเวอร์ชันเชิงสร้างสรรค์แรกในตัวอย่าง เราสามารถหาcเป็นจุดคลัสเตอร์ของลำดับอนันต์ ( c ) ได้

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • บิชอป, เออร์เร็ตต์ (1967). พื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ . สำนักพิมพ์อิชิ อินเตอร์เนชั่นแนล. ISBN 4-87187-714-0.
  • บริดเจอร์, มาร์ค (2007). การวิเคราะห์เชิงจริง: แนวทางเชิงสร้างสรรค์ . โฮโบเคน: ไวลีย์. ISBN 978-0-471-79230-7.

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

ในทาง คณิตศาสตร์ การวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ คือ การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ที่ดำเนินการตามหลักการบางประการของ คณิตศาสตร์เชิง สร้างสรรค์

การแนะนำ

ชื่อของวิชานี้แตกต่างจาก การวิเคราะห์แบบคลาสสิก ซึ่งในบริบทนี้หมายถึงการวิเคราะห์ที่ทำตามหลักการทั่วไปของ คณิตศาสตร์แบบคลาสสิก อย่างไรก็ตาม มีสำนักคิดต่างๆ และรูปแบบที่เป็นทางการที่แตกต่างกันมากมายของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์ [ 1 ]...

การเตรียมการเชิงตรรกะ

ตรรกะพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงสร้างสรรค์คือ ตรรกะแบบสัญชาตญาณ ซึ่งหมายความว่า หลักการของสิ่งที่ไม่รวมอยู่ตรงกลางนั้นไม่มีอยู่จริง พี อี เอ็ม {\displaystyle {\คณิตศาสตร์ {PEM} }} ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นเช่นนั้นเสมอไปสำหรับทุก ข้อเสนอ หากข้อเสนอหนึ่ง ¬ ¬ ∃ x .

述语ที่ไม่สามารถตัดสินได้

กลยุทธ์ทั่วไปในการกำหนดรูปแบบที่เป็นทางการของจำนวนจริงคือการใช้ลำดับของจำนวนตรรกยะ คิว เอ็น {\displaystyle {\mathbb {Q} }^{\mathbb {N} }} ดังนั้นเราจึงดึงแรงจูงใจและตัวอย่างโดยอิงจากสิ่งเหล่านั้น ดังนั้นในการกำหนดคำศัพท์ ลองพิจารณา ภาคแสดง ที่ตัดสินได้...