Кіріспе
Өлшем теориясындағы алгебралық ұғым, сонымен қатар жиын алгебрасы деп аталады. Математикада жиын өрісі – бұл жиын және оның кіші жиындықтарынан тұратын, бос жиынды элемент ретінде қамтитын және толықтыру, шекті біріктірулер мен шекті қиылыстар операциялары бойынша жабық алгебралық құрылым. Жинақтардың өрістерін сақиналар теориясындағы өрістермен немесе физикадағы өрістермен шатастыруға болмайды. Сол сияқты, "алгебра үстінен" термині Буль алгебрасы мағынасында қолданылады және оны сақиналар теориясындағы өрістер үстінен алгебралармен шатастыруға болмайды. Жинақтардың өрістері Буль алгебраларының бейнелеу теориясында маңызды рөл атқарады. Кез келген Буль алгебрасын жиын өрісі ретінде бейнелеуге болады.
In mathematics, a field of sets is a mathematical structure consisting of a pair consisting of a set and a family of subsets of called an algebra over that contains the empty set as an element, and is closed under the operations of taking complements in finite unions, and finite intersections. Fields of sets should not be confused with fields in ring theory nor with fields in physics. Similarly the term "algebra over " is used in the sense of a Boolean algebra and should not be confused with algebras over fields or rings in ring theory. Fields of sets play an essential role in the representation theory of Boolean algebras. Every Boolean algebra can be represented as a field of sets.
Тас бейнесі
Кездейсоқ жиын үшін оның қуат жиынтығы (немесе, біршама мұқият айтқанда, осы жиынның жұбы және оның қуат жиынтығы) жиындар өрісі болып табылады. Егер жиын шекті болса (яғни, бір элементтен тұрса), онда қуат жиынтығы да шекті болады (яғни, бір элементтен тұрады). Кез келген шекті жиындар өрісі (яғни, шекті жиынды қамтитын, бірақ өзі шексіз болуы мүмкін) шекті формада бейнеленеді; бұл кері бейне арқылы жиын мен қуат жиынтығы арасындағы бір-бірге сәйкестік орнататын функцияны білдіреді: мұнда және (яғни, ). Бір қызықты салдары: комплекстер саны, егер шекті болса, әрқашан формада болады. Осы мақсатта жиындардың берілген өрісінің барлық атомдарының жиыны таңдалады және кез келген нүкте мен атом болатын кешен анықталады; соңғысы дегеніміз, бос емес жиынның өріс жиынынан өзгеше жиын кешен бола алмайды. Басқаша айтқанда: атомдар – жиынтықтың бөлінісі; – сәйкес келетін фактор жиын; және – сәйкес келетін канондық проекция. Сол сияқты, кез келген шекті Буль алгебрасын оның атомдар жиынының қуат жиынтығы ретінде бейнелеуге болады; Буль алгебрасының әрбір элементі оның астындағы атомдар жиынына сәйкес келеді (олардың біріктірілісі сол элементті құрайды). Бұл қуат жиынтығының бейнеленуі кез келген толық атомдық Буль алгебрасы үшін жалпы жағдайда құрастырылуы мүмкін. Толық емес және атомдық Буль алгебраларының жағдайында қуат жиынтығының бейнеленуін жалпылау үшін жиындардың толық қуат жиынтығының орнына жиындар өрісін қарастыруға болады. Мұны істеу үшін алдымен шекті Буль алгебрасының атомдары оның ультрафильтрлеріне сәйкес келетінін және атом шекті Буль алгебрасының элементінің астында болатынын, егер бұл элемент атомға сәйкес келетін ультрафильтрде болса ғана байқау керек. Бұл бізді Буль алгебрасының бейнеленуін құруға, оның ультрафильтрлер жиынын алып, Буль алгебрасының әрбір элементімен сол элементті қамтитын ультрафильтрлер жиынын байланыстыру арқылы кешендерді құруға әкеледі. Бұл құрылым Буль алгебрасының жиындар өрісі ретінде бейнеленуін құрайды және Стоун бейнеленуі деп аталады. Бұл Буль алгебралары үшін Стоунның бейнелеу теоремасының негізі және идеалдар немесе сүзгілерге негізделген тәртіп теориясындағы аяқталу процедурасының мысалы, Дедекинд кесулеріне ұқсас. Балама ретінде, екі элементті Буль алгебрасына гомоморфизмдер жиынын қарастырып, Буль алгебрасының әрбір элементін жоғарғы элементке бейнелейтін осындай гомоморфизмдер жиынымен байланыстыру арқылы кешендерді құруға болады. (Бұл тәсіл эквивалентті, өйткені Буль алгебрасының ультрафильтрлері осы гомоморфизмдердегі жоғарғы элементтердің кері бейнелері болып табылады.) Осы тәсілмен Стоун бейнеленуін шындық кестелері арқылы шекті Буль алгебраларын бейнелеудің жалпылауы ретінде қарастыруға болады.
To this end one chooses to be the set of all atoms of the given field of sets, and defines by whenever for a point and a complex that is an atom; the latter means that a nonempty subset of different from cannot be a complex. In other words: the atoms are a partition of ; is the corresponding quotient set; and is the corresponding canonical surjection. Similarly, every finite Boolean algebra can be represented as a power set – the power set of its set of atoms; each element of the Boolean algebra corresponds to the set of atoms below it (the join of which is the element). This power set representation can be constructed more generally for any complete atomic Boolean algebra. In the case of Boolean algebras which are not complete and atomic we can still generalize the power set representation by considering fields of sets instead of whole power sets. To do this we first observe that the atoms of a finite Boolean algebra correspond to its ultrafilters and that an atom is below an element of a finite Boolean algebra if and only if that element is contained in the ultrafilter corresponding to the atom. This leads us to construct a representation of a Boolean algebra by taking its set of ultrafilters and forming complexes by associating with each element of the Boolean algebra the set of ultrafilters containing that element. This construction does indeed produce a representation of the Boolean algebra as a field of sets and is known as the Stone representation. It is the basis of Stone's representation theorem for Boolean algebras and an example of a completion procedure in order theory based on ideals or filters, similar to Dedekind cuts. Alternatively one can consider the set of homomorphisms onto the two element Boolean algebra and form complexes by associating each element of the Boolean algebra with the set of such homomorphisms that map it to the top element. (The approach is equivalent as the ultrafilters of a Boolean algebra are precisely the pre images of the top elements under these homomorphisms.) With this approach one sees that Stone representation can also be regarded as a generalization of the representation of finite Boolean algebras by truth tables.
Сигма алгебралар мен өлшегіш кеңістік
Егер жиынтық үстіндегі алгебра саналатын біріктірулерге (сонымен қатар саналатын қиылыстарға) қатысты жабық болса, онда ол сигма-алгебра деп аталады, ал жиынтықтардың сәйкес өрісі өлшенетін кеңістік деп аталады. Өлшенетін кеңістіктің кешендері өлшенетін жиынтықтар деп аталады. Лумис-Сикорский теоремасы толық Буль алгебрасы (оны абстракті сигма-алгебра деп те атауға болады) мен өлшенетін кеңістік арасындағы Стоун түйіндес дуалдығын ұсынады. Өлшем кеңістігі – өлшенетін кеңістік пен онда анықталған өлшемнің үштігі. Егер ол ықтималдық өлшемі болса, онда біз ықтималдық кеңістігі туралы айтамыз және оның негізгі өлшенетін кеңістігін үлгі кеңістігі деп атаймыз. Үлгі кеңістігінің нүктелері үлгі нүктелері деп аталады және ықтимал нәтижелерді көрсетеді, ал өлшенетін жиынтықтар (кешендер) оқиғалар деп аталады және біз оларға ықтималдықтарды тағайындағымыз келетін нәтижелердің қасиеттерін көрсетеді. (Көптегендер үлгі кеңістігі терминін ықтималдық кеңістігінің негізгі жиынтығы үшін ғана қолданады, әсіресе кез келген ішкі жиын оқиға болған жағдайда.) Өлшем кеңістіктері мен ықтималдық кеңістіктері өлшем теориясы мен ықтималдық теориясындағы негізгі рөл атқарады. Физикада қолдануда біз көбінесе ішкі көбейту кеңістіктері немесе топологиялық топтар сияқты бай математикалық құрылымдардан туындаған өлшем кеңістіктерімен және ықтималдық кеңістіктерімен айналысамыз, олардың әрқайсысымен байланысты топология бар. Оны кез келген кешендердің біріктірулері арқылы жасалған топологиямен шатастыруға болмайды.
Жинақтардың топологиялық өрістері
Жинақтардың топологиялық өрісі – (X, τ, F) үштігі, мұнда X – топологиялық кеңістік, ал F – X кеңістігінің жабылу операторына немесе эквивалентті түрде ішкі операторға қатысты жабық болатын жиынтардың өрісі, яғни кез келген кешеннің жабылуы мен ішкі жиыны да кешен болып табылады. Басқаша айтқанда, F, X кеңістігіндегі қуат жиынының ішкі алгебрасының субалгебрасын құрайды. Жинақтардың топологиялық өрістері ішкі алгебралар мен Хейтинг алгебраларының бейнелеу теориясында маңызды рөл атқарады. Бұл екі алгебралық құрылым класы модальдық логика S4 (эпистемиялық логиканың формалды математикалық абстракциясы) және интуиционистік логика үшін алгебралық семантиканы қамтамасыз етеді. Осы алгебралық құрылымдарды бейнелейтін жиынтардың топологиялық өрістері осы логикалар үшін байланысты топологиялық семантиканы ұсынады. Кез келген ішкі алгебраны жиынтардың топологиялық өрісі ретінде бейнелеуге болады, мұнда ішкі алгебраның негізгі Буль алгебрасы топологиялық өрістің кешендеріне сәйкес келеді, ал ішкі алгебраның ішкі және жабылу операторлары топологияның операторларына сәйкес келеді. Кез келген Хейтинг алгебрасын жиынтардың топологиялық өрісімен бейнелеуге болады, мұнда Хейтинг алгебрасының негізгі торы топологияда ашық кешендердің топологиялық өрісінің кешендер торына сәйкес келеді. Сонымен қатар, Хейтинг алгебрасын бейнелейтін жиынтардың топологиялық өрісін ашық кешендердің барлық кешендерді Буль алгебрасы ретінде тудыратындай етіп таңдауға болады. Бұл байланысты бейнелеулер шындық модальдықтарын (мысалы, мүмкін шындыққа қарсы міндетті түрде шындық, модальдық логикада зерттеледі) және дәлелдемелік және жоққа шығару ұғымдарын (интуиционистік логикада зерттеледі) зерттеу үшін анықталған математикалық құралды қамтамасыз етеді және осылайша аралық логиканың модальдық серіктес теориясымен тығыз байланысты. Топологиялық кеңістік берілген жағдайда, клопен жиынтықтар тривиальды түрде жиынтардың топологиялық өрісін құрайды, өйткені әр клопен жиынтығы өзінің ішкі және жабылу жиыны болып табылады. Буль алгебрасының тас бейнесі мұндай жиынтардың топологиялық өрісі ретінде қарастырылуы мүмкін, бірақ жалпы жағдайда жиынтардың топологиялық өрісінің топологиясы кешендердің кездейсоқ бірігістерін алу арқылы құрылған топологиядан өзгеше болуы мүмкін, және жалпы жағдайда жиынтардың топологиялық өрісінің кешендері топологияда ашық немесе жабық болуы міндетті емес.
Topological fields of sets play a fundamental role in the representation theory of interior algebras and Heyting algebras. These two classes of algebraic structures provide the algebraic semantics for the modal logic S4 (a formal mathematical abstraction of epistemic logic) and intuitionistic logic respectively. Topological fields of sets representing these algebraic structures provide a related topological semantics for these logics. Every interior algebra can be represented as a topological field of sets with the underlying Boolean algebra of the interior algebra corresponding to the complexes of the topological field of sets and the interior and closure operators of the interior algebra corresponding to those of the topology. Every Heyting algebra can be represented by a topological field of sets with the underlying lattice of the Heyting algebra corresponding to the lattice of complexes of the topological field of sets that are open in the topology. Moreover the topological field of sets representing a Heyting algebra may be chosen so that the open complexes generate all the complexes as a Boolean algebra. These related representations provide a well defined mathematical apparatus for studying the relationship between truth modalities (possibly true vs necessarily true, studied in modal logic) and notions of provability and refutability (studied in intuitionistic logic) and is thus deeply connected to the theory of modal companions of intermediate logics. Given a topological space the clopen sets trivially form a topological field of sets as each clopen set is its own interior and closure. The Stone representation of a Boolean algebra can be regarded as such a topological field of sets, however in general the topology of a topological field of sets can differ from the topology generated by taking arbitrary unions of complexes and in general the complexes of a topological field of sets need not be open or closed in the topology.
Жинақтардың алгебралық өрістері және Тас өрістері
Жинақтардың топологиялық өрісі, егер және тек қана оның топологиясының базасы комплекстерден тұрса, алгебралық деп аталады. Егер жиынтықтардың топологиялық өрісі компактты және алгебралық болса, онда оның топологиясы компактты болады, ал оның компактты ашық жиындары дәл ашық комплекстермен сәйкес келеді. Сонымен қатар, ашық комплекстер топологияның базасын құрайды. Бөліп тұратын, компактты және алгебралық жиынтықтарды құрайтын топологиялық өрістер Тас өрістері деп аталады және Буль алгебраларының Тас бейнелеуін жалпылайды. Ішкі алгебра берілген жағдайда, оның негізгі Буль алгебрасының Тас бейнелеуін құруға болады, содан кейін ішкі алгебраның ашық элементтеріне сәйкес келетін комплекстер арқылы туындайтын топологияны (топологияның базасын құрайтын) алып, оны жиынтықтардың топологиялық өрісіне кеңейтуге болады. Осы комплекстер дәл сол кезде ашық комплекстер болып табылады және бұл құрылым ішкі алгебраны бейнелейтін Тас өрісін жасайды. (Тас бейнелеуінің топологиясы, Боул алгебралары үшін Стоунның нәтижесін ішкі алгебраларға алғаш рет жалпылаған математиктердің құрметіне Маккинси-Тарски топологиясы деп те аталады және оны ішкі алгебраның негізгі Буль алгебрасының Тас топологиясымен шатастыруға болмайды, ол одан да жіңішке топология болады).
Алгебралық және каноникалық алдын ала тәртіптік өрістер
Алдын ала тәртіп өрісі алгебралық (немесе тығыз) деп аталады, егер және тек қана егер ол алдын ала тәртіпті келесідей анықтайтын кешендер жиынтығына ие болса: егер және тек қана егер әрбір кешен үшін , дегенді білдірсе. S4 теорияларынан алынған алдын ала тәртіп өрістері әрқашан алгебралық болып табылады, ал алдын ала тәртіпті анықтайтын кешендер – теорияның қажеттілік бойынша жабық тұжырымдамаларының орындалатын мүмкін әлемдердің жиынтығы болып табылады. Сепаративті, компактты алгебралық алдын ала тәртіп өрісі каноникалық деп аталады. Ішкі алгебраны қарастыра отырып, оның Stone бейнелеуінің топологиясын тиісті каноникалық алдын ала тәртіппен (мамандық алдын ала тәртібімен) алмастыру арқылы, ішкі алгебраның каноникалық алдын ала тәртіп өрісі ретінде бейнеленуін аламыз. Алдын ала тәртіпті оның сәйкес Александров топологиясымен алмастыру арқылы, ішкі алгебраның жиынтықтардың топологиялық өрісі ретінде баламалы бейнеленуіне қол жеткізіледі. (Бұл «Александров бейнелеуінің» топологиясы – Stone бейнелеуінің топологиясының Александров бикоррефлекциясы болып табылады.) Кез келген қалыпты модальдық алгебра үшін жалпы модальдық алгебраларды жалпы модальдық кадрлармен бейнелеу мүмкін болғанымен, осылайша жиынтықтардың топологиялық өрісіне сәйкестік тек ішкі алгебралар үшін ғана (S4 модальдық логикасына сәйкес) орын алады.