更新时间:2024-05-21 14:41
设集合(S,≤)为一全序集,≤是其偏序关系,若对任意的S的非空子集,在其序下都有最小元素,则称≤为良序关系,(S,≤)为良序集。
1、自然数集在通常序下是良序集。
2、整数集在通常序下不是良序集,例如该集合本身就没有一个最小元素。
3、整数的下列关系R是良序的:x R y,当且仅当下列条件之一成立:
x=0;
x是正数,而y是负数;
x和y都是正数,而x≤y;
x和y都是负数,而y≤x。
这个序关系可以表示为:
0 1 2 3 4 …… -1 -2 -3 -4 -5 ……
4、实数集在通常序下不是良序集。
在良序集合中,除了整体上最大的那个(如果存在的话),所有的元素都有一个唯一的后继元:比它大的元素组成的集合中,最小的元素。但是,除整体最小元之外的所有元素不一定都有前驱元。例如,“良序的例子和反例”一节第三个例子中的良序集中,-1并不是最小元,但仍然没有前驱元。
任何良序集合,都序同构于一个唯一的序数,称为这个集合的序型。该集合中的每个元素都对应着一个比其序型小的序数。
对全序集(S,≤),下列命题是等价的:
(1)(S,≤)是良序集,即其所有非空子集合都有最小元素。
(2)超限归纳法在整个全序集(S,≤)上成立。
(3)(S,≤)上的所有严格递减序列必定在有限多步骤内终止(假定依赖选择公理)。
证明:使用循环证明法。
(1)→(2):反设超限归纳法在(S,≤)上不成立,则存在一个性质φ,使得对S中任意元素x,只要φ对S中小于x的任何元素都成立,那么φ对x也成立,然而φ并非对S中所有元素都成立,即S中所有不满足φ的元素组成的集合A是非空集,则A在序关系≤下不可能有最小元素,否则该最小元素应满足φ,矛盾。
(2)→(3):对序列的首项使用超限归纳法,则结论是显然的。
(3)→(1)(依赖选择公理):对S的任一非空子集A,用选择公理每次从A中选出一个元素,使得从第二次开始每次选出的元素都比前一次的小,则选出的所有元素构成一严格递减序列,该序列必定在有限步内终止,但序列终止的唯一可能是选出了一个元素x使得A中没有比x小的元素,从而x是A中的最小元素。