Skriptum zur Vorlesung Mengenlehre

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11.07.2015 Aufrufe

8.1. MENGENINDUKTION 59Sei also A ≠ /0, etwa a ∈ A. Setze b := A ∩ TC({a}). Dann ist wegen a ∈ b:b ≠ /0, und zwar eine Menge, auf welche wir das Fundierungsaxiom anwendenkönnen: es existiert ein c ∈ b mit(∗) c ∩ b = /0.Es bleibt zu zeigen: c ∈ A ∧ c ∩ A = /0 :Zunächst ist c ∈ A, da c ∈ b ⊆ A. Wäre c ∩ A ≠ /0, etwa d ∈ c ∩ A, so d ∈ A undwegen d ∈ c ∈ TC({a}) ∧ trans(TC({a})) auch d ∈ TC({a}), also d ∈ c ∩ b imWiderspruch zu (*)!□Durch Mengeninduktion erhalten wir den:SatzV = ⋃V αα∈OnBeweis: Wir setzen zunächst N := ⋃ α∈OnV α und zeigen a ⊆ N → a ∈ N:Sei also a ⊆ N, d. h. ∀x ∈ a ∃α x ∈ V α . Mittelsh : a → On, h(x) ↦→ µα x ∈ V αwählen wir das jeweils kleinste α und bilden das Supremum dieser Menge vonOrdinalzahlen:β := ⋃ x∈ah(x).Dann ist also ∀x ∈ a x ∈ V h(x) ⊆ V β und somit a ⊆ V β . Damit gilt aber a ∈ V β+1 ,d. h. a ∈ N. □Bemerkung1. Zum Beweis des obigen Satzes haben wir das Fundierungsaxiom (in Formder Mengeninduktion) benutzt; tatsächlich ist die Aussage, daß jede Mengeals Element einer Stufe vorkommt, äquivalent zum Fundierungsaxiom: Essei ZF 0 die Theorie ZF, aber ohne das Fundierungsaxiom. Definieren wir inZF 0 den Ordinalzahlbegriff mit dem Zusatz fund(a), so gelten die früherenErgebnisse über transfinite Induktion und Rekursion in ZF 0 . Bildet man nunwieder die KlasseN = ⋃V α ,α∈On

8.2. MENGEN VON RANG 60so ist N = {x | f und(x)} die Klasse aller fundierten Mengen, und es gilt inZF 0 :V = N ↔ Fund.2. Man kann zeigen, daß in N alle Axiome von ZF gelten und erhält daraus:Ist ZF 0 widerspruchsfrei, so auch ZF = ZF 0 + Fund.3. Mit Hilfe eines anderen inneren Modells kann man auch zeigen:Ist ZF 0 widerspruchsfrei, so auch ZF 0 + ¬Fund.Also ist das Fundierungsaxiom unabhängig von den übrigen Axiomen vonZF.8.2 Mengen von RangDie in der Mathematik gebräuchlichen Mengen sind stets fundiert; für den Aufbauder Mengenlehre ist das Fundierungsaxiom zwar weitgehend entbehrlich, vereinfachtaber die Entwicklung der Ordinalzahltheorie. Darüber hinaus läßt es sichbenutzen, um jeder Menge einen “Rang” zuzuordnen:Definition (MIRIMANOFF 1917)ρ(a) := µα a ∈ V α+1Rang von aLemma(i)a ∈ V α ↔ ∃ξ < α a ⊆ V ξ(ii) a ∈ V α → ⋃ a ∈ V α ∧ {a},P(a) ∈ V α+1(iii)(iv)(v)a ⊆ b ∈ V α → a ∈ V αV α ∩ On = αα < β ↔ V α ∈ V β , α ≤ β ↔ V α ⊆ V βBeweis: (i) und (iv) zeigt man durch Induktion über α, (ii) folgt aus (i) und derTransitivität der V α ’s, und (iii) folgt aus (i). (v) zeigt man am einfachsten mit (iv)des folgenden Lemmas.□

8.1. MENGENINDUKTION 59Sei also A ≠ /0, etwa a ∈ A. Setze b := A ∩ TC({a}). Dann ist wegen a ∈ b:b ≠ /0, und zwar eine Menge, auf welche wir das Fundierungsaxiom anwendenkönnen: es existiert ein c ∈ b mit(∗) c ∩ b = /0.Es bleibt zu zeigen: c ∈ A ∧ c ∩ A = /0 :Zunächst ist c ∈ A, da c ∈ b ⊆ A. Wäre c ∩ A ≠ /0, etwa d ∈ c ∩ A, so d ∈ A undwegen d ∈ c ∈ TC({a}) ∧ trans(TC({a})) auch d ∈ TC({a}), also d ∈ c ∩ b imWiderspruch zu (*)!□Durch Mengeninduktion erhalten wir den:SatzV = ⋃V αα∈OnBeweis: Wir setzen zunächst N := ⋃ α∈OnV α und zeigen a ⊆ N → a ∈ N:Sei also a ⊆ N, d. h. ∀x ∈ a ∃α x ∈ V α . Mittelsh : a → On, h(x) ↦→ µα x ∈ V αwählen wir das jeweils kleinste α und bilden das Supremum dieser Menge vonOrdinalzahlen:β := ⋃ x∈ah(x).Dann ist also ∀x ∈ a x ∈ V h(x) ⊆ V β und somit a ⊆ V β . Damit gilt aber a ∈ V β+1 ,d. h. a ∈ N. □Bemerkung1. Zum Beweis des obigen Satzes haben wir das Fundierungsaxiom (in Formder Mengeninduktion) benutzt; tatsächlich ist die Aussage, daß jede Mengeals Element einer Stufe vorkommt, äquivalent zum Fundierungsaxiom: Essei ZF 0 die Theorie ZF, aber ohne das Fundierungsaxiom. Definieren wir inZF 0 den Ordinalzahlbegriff mit dem Zusatz fund(a), so gelten die früherenErgebnisse über transfinite Induktion und Rekursion in ZF 0 . Bildet man nunwieder die KlasseN = ⋃V α ,α∈On

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