Кіріспе
Математикалық логиканың саласы – математикалық пән. Математикалық логикада модель теориясы формальды теориялар (формальды тілде математикалық құрылымдар туралы мәлімдемелерді білдіретін сөйлемдер жиынтығы) мен олардың модельдері (теорияның мәлімдемелері орындалатын құрылымдар) арасындағы қатынасты зерттейді. Зерттелетін мәселелерге теорияның модельдерінің саны мен мөлшері, әртүрлі модельдердің бір-бірімен байланысы және олардың формальды тілмен өзара әрекеттесуі жатады. Атап айтқанда, модель теориясы теорияның моделінде анықталатын жиынтарды және мұндай анықталатын жиынтардың бір-бірімен байланысын зерттейді. Модель теориясы жеке ғылым ретінде 1954 жылы алғаш рет «Модельдер теориясы» терминін қолданған Альфред Тарскиге қарыздар. 1970 жылдан бері бұл сала Сахарон Шелахтың тұрақтылық теориясымен қалыптасты. Дәлел теориясы сияқты математикалық логиканың басқа салаларымен салыстырғанда, модель теориясы көбінесе формальды қатаңдыққа аз мән береді және классикалық математикаға жақын. Осы себепті «егер дәлел теориясы қасиетті болса, модель теориясы онда күнәлі нәрсе туралы» деген пікір туды. Модель теориясының алгебралық және диофантикалық геометрияға қолданылуы классикалық математикаға жақындығын көрсетеді, себебі олар көбінесе алгебралық және модельдік теориялық нәтижелер мен әдістерді біріктіреді. Осылайша, модель теориясы семантикалық сипатқа ие, ал дәлел теориясы, керісінше, синтаксистік сипатқа ие. Модель теориясы саласындағы ең белгілі ғылыми ұйым – Символикалық логика қауымдастығы.
the mathematical discipline
In mathematical logic, model theory is the study of the relationship between formal theories (a collection of sentences in a formal language expressing statements about a mathematical structure), and their models (those structures in which the statements of the theory hold). The aspects investigated include the number and size of models of a theory, the relationship of different models to each other, and their interaction with the formal language itself. In particular, model theorists also investigate the sets that can be defined in a model of a theory, and the relationship of such definable sets to each other. As a separate discipline, model theory goes back to Alfred Tarski, who first used the term "Theory of Models" in publication in 1954. Since the 1970s, the subject has been shaped decisively by Saharon Shelah's stability theory. Compared to other areas of mathematical logic such as proof theory, model theory is often less concerned with formal rigour and closer in spirit to classical mathematics. This has prompted the comment that "if proof theory is about the sacred, then model theory is about the profane". The applications of model theory to algebraic and Diophantine geometry reflect this proximity to classical mathematics, as they often involve an integration of algebraic and model theoretic results and techniques. Consequently, proof theory is syntactic in nature, in contrast to model theory, which is semantic in nature. The most prominent scholarly organization in the field of model theory is the Association for Symbolic Logic.
Бірінші реттік логика
Бірінші реттік формула атомдық формулалардан, мысалы, және , Бульдік байланыстардың және сандықтардың префиксінің көмегімен құралады немесе . Сөйлем – бұл формула, онда айнымалының әрбір кездесуі тиісті сандықтың қол жетімділігінде болады. Формулалардың мысалдары – (немесе , үшін байланбаған айнымалыны көрсету үшін) және (немесе ). Бұл жерде теңдік символының екі мағынасы бар екеніне назар аударыңыз. Мұндай формулаларды математикалық мағынаға қалай аудару керектігі интуитивті түрде анық. Мысалы, натурал сандардың σsmr құрылымында элемент , егер және тек егер ол жай сан болса, формуласын қанағаттандырады. Формула сондай-ақ бөлгіштіксіздікті анықтайды. Тарски қанағаттандыру қатынасы үшін қатаң анықтама берді, кейде оны «Тарскидің шындық анықтамасы» деп атайды, сондықтан оны оңай дәлелдеуге болады: – жай сан. – бөлгішсіз. Сөйлемдер жиынтығы (бірінші реттік) теория деп аталады, ол жиынтықтағы сөйлемдерді аксиомалар ретінде қабылдайды. Теория қанағаттандырылатын болады, егер оның моделі болса, яғни жиынтықтағы барлық сөйлемдерді қанағаттандыратын құрылым (тиісті қолтаңбасымен). Толық теория – бұл әрбір сөйлемді немесе оның жоқтығын қамтитын теория. Құрылыммен қанағаттандырылатын барлық сөйлемдердің толық теориясы сондай-ақ осы құрылымның теориясы деп аталады. Бұл Гедельдің толықтық теоремасының (оның толық еместік теоремаларымен шатастырмау керек) салдарынан, теорияда модель бар, егер және тек егер ол тұйық болса, яғни теориямен ешқандай қайшылық дәлелденбесе. Сондықтан модельдер теориясының мамандары «қанағаттандырылатын» сөзінің синонимі ретінде «тұйық» сөзін жиі қолданады.
(Note that the equality symbol has a double meaning here.) It is intuitively clear how to translate such formulas into mathematical meaning. In the σsmr structure of the natural numbers, for example, an element satisfies the formula if and only if is a prime number. The formula similarly defines irreducibility. Tarski gave a rigorous definition, sometimes called "Tarski's definition of truth", for the satisfaction relation , so that one easily proves:
is a prime number. is irreducible. A set of sentences is called a (first order) theory, which takes the sentences in the set as its axioms. A theory is satisfiable if it has a model , i. e. a structure (of the appropriate signature) which satisfies all the sentences in the set A complete theory is a theory that contains every sentence or its negation. The complete theory of all sentences satisfied by a structure is also called the theory of that structure. It's a consequence of Gödel's completeness theorem (not to be confused with his incompleteness theorems) that a theory has a model if and only if it is consistent, i. e. no contradiction is proved by the theory. Therefore, model theorists often use "consistent" as a synonym for "satisfiable".
Негізгі модельдік-теориялық ұғымдар
Қолтаңба немесе тіл – әрбір символы тұрақты символ немесе белгілі бір арлықпен функция немесе қатынас символы болатын логикалық емес символдар жиыны. Кейбір әдебиеттерде тұрақты символдар нөлдік арлықты функциялық символдар ретінде қарастырылады, сондықтан олар жойылады. Құрылым – бұл жиын, қолтаңбаның әрбір символының қатынастар мен функциялар түріндегі түсіндірмелерімен бірге (бір құрылымды екінші құрылымдағы "түсіндіру" ұғымымен шатастырмау керек). Мысал: Реттелген сақиналар үшін жиі қолданылатын қолтаңба – , мұнда және 0-арлық функциялық символдар (тұрақты символдар деп те аталады), және бинарлық (= 2-арлық) функциялық символдар, бірлік (= 1-арлық) функциялық символ, ал – бинарлық қатынас символы. Егер осы символдар әдеттегі мағынасына сәйкес түсіндірілсе (мысалы, функциясы – -дан -ға дейінгі функция, ал – -ның ішкі жиыны), онда құрылым пайда болады. Егер берілген тілдегі әрбір бірінші реттік сөйлем бұрын көрсетілген қолтаңбаның түсіндірілуіне қатысты дұрыс болса, онда құрылым сол сөйлемдер жиынын моделдейді (бірақ оны бір құрылымды екінші құрылымдағы "түсіндіру" ұғымымен шатастырмау керек). Бұл алгебрадан алынған ұқсас ұғымдарды жалпылайды; мысалы, ішкі топ – көбейту және кері операциясы бар қолтаңбадағы ішкі құрылым. Егер кез келген бірінші реттік формула φ және кез келген элементтер a1, …, an үшін егер және тек егер , болса, онда ішкі құрылым элементарлық деп аталады. Әсіресе, егер φ сөйлем болса және – элементарлық ішкі құрылым болса, онда егер және тек егер . Осылайша, элементарлық ішкі құрылым – теорияның моделі, егер суперқұрылым модель болса. Мысал: Алгебралық сандар өрісі кешенді сандар өрісінің элементарлық ішкі құрылымы болса, ал рационалдық сандар өрісі болмайды, себебі біз "2-нің квадрат түбірі бар" дегенді бірінші реттік сөйлем түрінде жаза аламыз, бірақ ол оны қанағаттандырмайды. σ-құрылымының басқа σ-құрылымына енуі – A-дан B-ға дейінгі f: A → B картасы, оны элементарлық ішкі құрылыммен изоморфизм ретінде жазуға болады. Егер оны элементарлық ішкі құрылыммен изоморфизм ретінде жазуға болады, онда ол элементарлық ену деп аталады. Кез келген ену – инъективтік гомоморфизм, бірақ керісінше тек қана қолтаңбада топтар немесе өрістер сияқты қатынас символдары болмаған жағдайда ғана дұрыс. Өріс немесе векторлық кеңістік оның кейбір құрылымын ескермеу арқылы (коммутативтік) топ ретінде қарастырылуы мүмкін. Модель теориясындағы сәйкес ұғым – құрылымды бастапқы қолтаңбаның ішкі жиынына азайту. Кері қатынас кеңейту деп аталады. Мысалы, рационалдық сандардың (қосымша) тобы, {+,0} қолтаңбасындағы құрылым ретінде қарастырылса, {×,+,1,0} қолтаңбасындағы өріске немесе {+,0,<} қолтаңбасындағы реттелген топқа кеңейтілуі мүмкін. Сол сияқты, егер σ' – басқа σ-ны кеңейтетін қолтаңба болса, онда толық σ' теориясын σ формулалары жиынымен оның сөйлемдері жиынының қиылысы арқылы σ-мен шектеуге болады. Керісінше, толық σ теориясын σ' теориясы деп қарастыруға болады және оны (бірнеше жолмен) толық σ' теориясына дейін кеңейтуге болады. Азайту және кеңейту терминдері кейде осы қатынасқа да қолданылады.
A structure is said to model a set of first order sentences in the given language if each sentence in is true in with respect to the interpretation of the signature previously specified for (Again, not to be confused with the formal notion of an "interpretation" of one structure in another) A model of is a structure that models
A substructure of a σ structure is a subset of its domain, closed under all functions in its signature σ, which is regarded as a σ structure by restricting all functions and relations in σ to the subset. This generalises the analogous concepts from algebra; for instance, a subgroup is a substructure in the signature with multiplication and inverse. A substructure is said to be elementary if for any first order formula φ and any elements a1, , an of ,
if and only if In particular, if φ is a sentence and an elementary substructure of , then if and only if Thus, an elementary substructure is a model of a theory exactly when the superstructure is a model. Example: While the field of algebraic numbers is an elementary substructure of the field of complex numbers , the rational field is not, as we can express "There is a square root of 2" as a first order sentence satisfied by but not by
An embedding of a σ structure into another σ structure is a map f: A → B between the domains which can be written as an isomorphism of with a substructure of If it can be written as an isomorphism with an elementary substructure, it is called an elementary embedding. Every embedding is an injective homomorphism, but the converse holds only if the signature contains no relation symbols, such as in groups or fields. A field or a vector space can be regarded as a (commutative) group by simply ignoring some of its structure. The corresponding notion in model theory is that of a reduct of a structure to a subset of the original signature. The opposite relation is called an expansion e. g. the (additive) group of the rational numbers, regarded as a structure in the signature {+,0} can be expanded to a field with the signature {×,+,1,0} or to an ordered group with the signature {+,0,<}. Similarly, if σ' is a signature that extends another signature σ, then a complete σ' theory can be restricted to σ by intersecting the set of its sentences with the set of σ formulas. Conversely, a complete σ theory can be regarded as a σ' theory, and one can extend it (in more than one way) to a complete σ' theory. The terms reduct and expansion are sometimes applied to this relation as well.
Жіктемелік және Лёвенхайм-Сколем теоремасы
Сымқылдық теорема S сөйлемдер жиынының кез келген шекті ішкі жиыны қанағаттандырылатын болса, онда S қанағаттандырылатын болады деп мәлімдейді. Қанағаттандырылатындықтың орнына сәйкес келетін ұқсас тұжырым қарапайым, себебі кез келген дәлелде тек шекті сандағы алғышарттар қолданылуы мүмкін. Толықтық теоремасы осыны қанағаттандыруға көшіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, сымқылдық теореманың бірнеше тікелей (семантикалық) дәлелдері де бар. Қарама-қарсы тұжырым (яғни, оның керісі) ретінде сымқылдық теорема әрбір қанағаттандырылмаған бірінші реттік теорияда шекті қанағаттандырылмаған ішкі жиынның болатынын айтады. Бұл теорема модель теориясында маңызды рөл атқарады, онда "сымқылдық бойынша" деген сөздер жиі қолданылады. Бірінші реттік модель теориясының тағы бір негізгі тасы – Лёвенхайм-Сколем теоремасы. Лёвенхайм-Сколем теоремасына сәйкес, саналатын қолтаңбадағы кез келген шексіз құрылымда саналатын элементарлық ішкі құрылым болады. Керісінше, кез келген шексіз кардинал κ үшін, κ-дан кіші кардиналдылығы бар саналатын қолтаңбадағы кез келген шексіз құрылымды κ кардиналдылығының басқа құрылымына элементарлық түрде ендіруге болады (санаусыз қолтаңбалар үшін де оңай жалпылау бар). Атап айтқанда, Лёвенхайм-Сколем теоремасы саналатын қолтаңбадағы шексіз модельдері бар кез келген теорияда саналатын модель де, кез келген үлкен модельдер де болатынын көрсетеді. Линдстрем теоремасымен нақтыланған белгілі бір мағынада, бірінші реттік логика – Лёвенхайм-Сколем теоремасы мен сымқылдық теоремасы орындалатын ең экспрессивті логика болып табылады.
Анықталатын және түсіндірілетін құрылымдар
Әсіресе маңызды болып табылады анықталатын жиынтықтар, сондай-ақ субструктуралар, яғни барлық тұрақтыларды қамтиды және функция қолданылуы бойынша жабық болады. Мысалы, белгілі бір топтың анықталатын кіші топтарын зерттеуге болады. Дегенмен, бір қолтаңбадағы субструктуралармен ғана шектелудің қажеті жоқ. n еркін айнымалысы бар формулалар n-арлық қатынастардың кіші жиынтығын анықтай алады, сондықтан олар да анықталатын болуы мүмкін. Функциялар, егер олардың графигі анықталатын қатынас болса, ал константалар, егер ақиқат болатын формула болса, онда анықталатын болады, мұнда а – осы формуланың жалғыз ғана шешімі. Осылайша, анықталатын топтар мен өрістерді жалпы құрылымдарда зерттеуге болады, бұл геометриялық тұрақтылық теориясында маңызды рөл атқарды. Тіпті бір қадам барып, тікелей субструктуралардан ары жылжуға болады. Математикалық құрылымды қарастырғанда, көбінесе эквиваленттік қатынас арқылы бастапқы құрылымның бір бөлігінен құрастырылатын байланысты құрылымдар кездеседі. Маңызды мысал – топтың үлестік тобы. Толық құрылымды түсіну үшін осы үлестерді түсіну қажет деуге болады. Егер эквиваленттік қатынас анықталатын болса, онда бұл сөйлемге нақты мағына бере аламыз. Мұндай құрылымдар түсіндіріледі дейміз. Басты факт – түсіндірілген құрылымның тілінен бастапқы құрылымның тіліне сөйлемдерді аударуға болады. Осылайша, егер бір құрылым басқа құрылымды, теориясы шешілмейтін құрылымды түсіндірсе, онда ол өзі де шешілмейтін болады.
Негізгі түсініктер
Құрылым элементтерінің тізбегі және A-ның ішкі жиыны үшін, A-дағы параметрлермен барлық бірінші реттік формулалар жиынтығын қарастыруға болады. Бұл A-дан артық іске асырылған толық (n) тип деп аталады. Егер A-да тұрақты және сәйкесінше -ке жіберетін автоморфизм болса, онда және бірдей толық типті A-дан артық іске асырады. Бұл бөлімде жұмыс үлгісі ретінде тек реттік қатынасы {<} бар құрылым ретінде қаралатын нақты сандар сызығы қолданылады. Кез келген элемент бос жиынға қатысты 1-типті қанағаттандырады. Бұл анық, себебі кез келген екі нақты сан a және b сандардың барлығын b-ға ауыстыратын реттік автоморфизммен байланысты. Сандар жұбымен іске асырылған бос жиынның толық 2-типі олардың ретіне байланысты: немесе , немесе. Бүтін сандардың ішкі жиынындағы бүтін емес нақты санның 1-типі, оның мәні ең жақын бүтін санға дейін дөңгеленген мәніне байланысты. Кез келген құрылым және A-ның ішкі жиыны болғанда, (толық емес) n-тип A-ға қатысты ең көп дегенде n еркін айнымалысы бар p формулалар жиыны болып табылады, ол құрылымның элементарлық кеңейтілуінде іске асырылады. Егер p әрбір осындай формуланы немесе оның жоқтығын қамтитын болса, онда p толық. A-ға қатысты толық n-типтер жиыны көбінесе былай жазылады: Егер A бос жиын болса, онда типтік кеңістік тек құрылымның теориясына ғана тәуелді болады. Бос жиынға қатысты типтер жиыны теориямен сәйкес келеді және әдетте деп белгіленеді. Егер p-дегі әрбір формула үшін құрылымның теориясы p-дегі барлық формулалар үшін оны білдіретін жалғыз формула болса, онда p оқшауланған деп аталады. Нақты сандар Архимедтік болғандықтан, кез келген бүтін сандан үлкен нақты сан жоқ. Дегенмен, ықшамдық аргументі нақты сандар сызығының элементарлық кеңейтілуі бар екенін көрсетеді, онда кез келген бүтін сандан үлкен элемент бар. Сондықтан, формулалар жиыны - нақты сандар сызығында іске асырылмаған 1-тип. A-ға қатысты белгілі бір типті іске асыратын құрылым элементтерінің жиыны A-ға қатысты типтік анықталған жиын деп аталады. Алгебралық мысал ретінде, құрылым алгебралық жабық өріс болсын. Теория квантты жоюға ие. Бұл бізге типтің оның құрамындағы полиномдық теңдеулермен ғана анықталатынын көрсетуге мүмкіндік береді. Осылайша, ішкі өріске қатысты толық типтер жиыны полиномдық сақинаның жай идеалдары жиынына сәйкес келеді, ал типтік анықталған жиындар дәл аффиндік сорттар болып табылады.
If p contains every such formula or its negation, then p is complete. The set of complete n types over A is often written as If A is the empty set, then the type space only depends on the theory of The notation is commonly used for the set of types over the empty set consistent with
If there is a single formula such that the theory of implies for every formula in p, then p is called isolated. Since the real numbers are Archimedean, there is no real number larger than every integer. However, a compactness argument shows that there is an elementary extension of the real number line in which there is an element larger than any integer. Therefore, the set of formulas is a 1 type over that is not realised in the real number line
A subset of that can be expressed as exactly those elements of realising a certain type over A is called type definable over A. For an algebraic example, suppose is an algebraically closed field. The theory has quantifier elimination This allows us to show that a type is determined exactly by the polynomial equations it contains. Thus the set of complete types over a subfield corresponds to the set of prime ideals of the polynomial ring , and the type definable sets are exactly the affine varieties.
Құрылымы мен түрлері
Барлық тип әрбір құрылымда жүзеге асырылмаса да, әрбір құрылым өз оқшауланған типтерін жүзеге асырады. Егер құрылымда жүзеге асырылатын бос жиын үстіндегі жалғыз типтер оқшауланған типтер болса, онда бұл құрылым атомдық деп аталады. Екінші жағынан, ешбір құрылым әрбір параметрлік жиынтық бойынша барлық типті жүзеге асырмайды; егер барлық параметрлік жиынтық ретінде қарастырылса, онда құрылымда жүзеге асырылған әрбір 1 тип a = x түріндегі формуламен оқшауланады. Дегенмен, кез келген дұрыс элементар кеңейтімде құрылымда жоқ элемент болады. Сондықтан, құрылымның жүзеге асыра алатын барлық типтерді қамтитын әлсіз ұғым енгізілді. Егер құрылым өзінен кіші кардиналдығы бар параметрлік жиын бойынша әрбір типті жүзеге асырса, онда ол қаныққан деп аталады. A-да тұрақты автоморфизм әрқашан A бойынша типтерді сақтайды, бірақ A-дағы бірдей типті қанағаттандыратын кез келген екі тізбекті осындай автоморфизм арқылы бір-біріне бейімдеуге болады деген қағида жалпы жағдайда орындалмайды. Бұл керісінше орындалатын құрылым, барлық A-ның кардиналдығынан кішірек болса, біртекті деп аталады. Нақты сандар сызығы, тек реттілік қатынастарын қамтитын тілде атомдық болып табылады, өйткені құрылымда жүзеге асырылған бос жиынның барлық n типтері реттілік қатынастары арқылы оқшауланады. Алайда, ол қаныққан емес, өйткені ол x-тің кез келген бүтін сандан үлкен болуын білдіретін 1 типті жүзеге асырмайды. Керісінше, рационалды сандар сызығы қаныққан, өйткені ол өзі саналатын, сондықтан қанығу үшін тек шекті жиынтықтар бойынша типтерді жүзеге асыру жеткілікті.
Тас кеңістіктер
Кейбір параметрлердің анықталатын ішкі жиындары Буль алгебрасын құрайды. Буль алгебрасы үшін Стоунның өкілдік теоремасы бойынша, толық түрлерден тұратын табиғи дуалды топологиялық кеңістік бар. Бұл топология жеке формулалар үшін {φ} түріндегі жиындармен туындайды. Бұл A үстінен n типтерінің Стоун кеңістігі деп аталады. Бұл топология модель теориясында қолданылатын кейбір терминологияны түсіндіреді: компакттылық теоремасы Стоун кеңістігінің компактты топологиялық кеңістік екенін, ал p типі оқшауланған, егер және тек қана p Стоун топологиясындағы оқшауланған нүкте болса айтады. Алгебралық жабық денелердегі типтер полиномдық сақина спектріне сәйкес келеді, ал типтік кеңістіктегі топология құрастырылатын топология болып табылады: типтер жиынтығы негізгі ашық болады, егер ол {φ} немесе {φ ∧ ψ} түрінде болса. Бұл Зариски топологиясынан гөрі жіңішке.
Қатегерлік
Теория бастапқыда, егер ол құрылымды изоморфизмге дейін анықтаса, категорикалық деп аталды. Бірақ, бірінші реттік логиканың экспрессивтілігіндегі маңызды шектеулерге байланысты, бұл анықтама пайдалы емес болып шықты. Лёвенхайм-Сколем теоремасы, егер T теориясының қандай да бір шексіз кардинал үшін шексіз модель болса, онда ол кез келген жеткілікті үлкен кардинал κ үшін κ өлшемді модельге ие болады дегенді көрсетеді. Әр түрлі өлшемдегі екі модель изоморфты бола алмайтындықтан, тек шекті құрылымдарды ғана категорикалық теориямен сипаттау мүмкін. Дегенмен, κ кардиналы үшін κ-категориялылықтың әлсіз түсінігі модель теориясындағы маңызды ұғымға айналды. T теориясы κ-категорикалық деп аталады, егер T-ның кез келген екі моделі, егер олардың кардиналдығы κ-ға тең болса, изоморфты болса. Көрсетілгендей, κ-категориялылық мәселесі κ тілдің кардиналдығынан үлкен болғанына байланысты (яғни +|σ|, мұнда |σ| - тілдің кардиналдығы). Шекті немесе санаулы тілдер үшін, бұл санаусыз κ үшін кардиналдық пен κ-кардиналдық арасындағы маңызды айырмашылықты білдіреді.
Тұрақтылық теориясы
Бірінші реттік теорияның модельдер класының құрылымындағы маңызды фактор – оның тұрақтылық иерархиясындағы орны. Толық теория T, егер T-ның кез келген моделі және A параметрінің жиынының кардиналдығын басып кетпесе, онда A үстінен толық T типтерінің саны ең көп дегенде болады, онда ол кардинал үшін тұрақты деп аталады. Егер теория қандай да бір шексіз кардинал үшін тұрақты болса, онда ол тұрақты теория деп аталады. Традиция бойынша, тұрақты теориялар «тұрақты» деп аталады.
Геометриялық тұрақтылық теориясы
Тұрақтылық иерархиясы теорияның моделінде анықталатын жиындықтардың геометриясын талдау үшін де өте маңызды. Тұрақты теорияларда Морли қатары – модельдегі S анықталатын жиындықтар үшін маңызды өлшем ұғымы болып табылады. Ол трансфиниттік индукция арқылы анықталады: Морли қатары S жиыны бос емес болса, кемінде 0-ға тең болады. α – кейбір ізбасар ординал болса, Морли қатары кемінде α-ға тең болады, егер M-нің N элементарлық кеңейтілімінде S жиынында шексіз көп бөлек анықталатын ішкі жиындықтар болса, олардың әрқайсысы кемінде α – 1 қатарына ие болса. α – нөлден өзгеше шекті ординал болса, Морли қатары кемінде α-ға тең болады, егер ол α-дан кіші барлық β үшін кемінде β-ға тең болса. Кез келген анықталатын жиынның жақсы анықталған Морли қатары бар T теориясы толығымен трансценденттік деп аталады; егер T санаулы болса, онда T толығымен трансценденттік болады, тек қана T тұрақты болса. Морли қатарын типтерге де кеңейтуге болады, типтегі формулалардың Морли қатарының ең төменгі мәнін типтің Морли қатары деп белгілей отырып. Осылайша, A параметрлік жиынға қатысты a элементінің Морли қатары туралы да айтуға болады, ол A-ға қатысты a типінің Морли қатары ретінде анықталады. Сондай-ақ, Морли қатарының аналогтары бар, олар тек қана теория супертұрақты болса (U қатары) немесе жай ғана тұрақты болса (Шелах қатары) жақсы анықталған. Бұл өлшем ұғымдарын тәуелсіздік және кеңейту ұғымдарын анықтау үшін пайдалануға болады. Соңғы кезде тұрақтылық қарапайымдыққа және «тәуелсіздік емес қасиетке» (NIP) бөлінді. Қарапайым теориялар – тәуелсіздік туралы жақсы анықталған ұғымды анықтауға болатын теориялар, ал NIP теориялары минималды құрылымдарды жалпылайды. Олар тұрақтылықпен байланысты, себебі теория тұрақты болады, тек қана ол NIP және қарапайым болса, ал тұрақтылық теориясының әртүрлі аспектілері осы сыныптардың біріндегі теорияларға жалпыланды.
The Morley rank is at least 0 if S is non empty. For α a successor ordinal, the Morley rank is at least α if in some elementary extension N of M, the set S has infinitely many disjoint definable subsets, each of rank at least α − 1. For α a non zero limit ordinal, the Morley rank is at least α if it is at least β for all β less than α. A theory T in which every definable set has well defined Morley Rank is called totally transcendental; if T is countable, then T is totally transcendental if and only if T is stable. Morley Rank can be extended to types by setting the Morley Rank of a type to be the minimum of the Morley ranks of the formulas in the type. Thus, one can also speak of the Morley rank of an element a over a parameter set A, defined as the Morley rank of the type of a over A. There are also analogues of Morley rank which are well defined if and only if a theory is superstable (U rank) or merely stable (Shelah's rank). Those dimension notions can be used to define notions of independence and of generic extensions. More recently, stability has been decomposed into simplicity and "not the independence property" (NIP). Simple theories are those theories in which a well behaved notion of independence can be defined, while NIP theories generalise o minimal structures. They are related to stability since a theory is stable if and only if it is NIP and simple, and various aspects of stability theory have been generalised to theories in one of these classes.
Элементар емес модель теориясы
Модельдік теориялық нәтижелер элементарлық кластардан тыс, яғни бірінші реттік теориямен аксиоматизацияланатын кластарда жалпыланды. Жоғары ретті логикадағы модельдік теория немесе шексіз логикадағы модельдік теория толықтығы мен ықшамдығының осы логикалар үшін жалпы алғанда сақталмайтындығына байланысты қиындықтарға тап болады. Бұл Линдстром теоремасымен нақтыланады, ол бірінші реттік логиканың Лёвенхайм-Сколем теоремалары мен ықшамдықты сақтайтын ең күшті логика екенін көрсетеді. Дегенмен, осы логикалар үшін де модельдік техникалар кеңінен дамытылды. Бірақ, көбінесе экспрессивті логикалық тілдердің модельдік теориясы Зермело-Френкель жиынтық теориясынан тәуелсіз екені анықталды. Соңғы уақытта толық, тұрақты және категориялық теорияларға назар аударумен қатар, логикалық теориямен аксиоматизацияланбастан, семантикалық тұрғыдан анықталатын модельдер кластарын зерттеуге жұмыстар жүргізілуде. Мысалы, біртекті модельдік теория, кез келген үлкен біртекті модельдердің субструктуралары класын зерттейді. Тұрақтылық теориясының және геометриялық тұрақтылық теориясының негізгі нәтижелері осы жағдайға жалпыланады. Өте минималды теорияларды жалпылау ретінде, квазиминималды кластар – бұл әрбір анықталатын жиынның саналатын немесе қосымша саналатын болып табылатын кластар. Олар күрделі экспоненциалдық функцияның модельдік теориясының кілті болып табылады. Тұрақтылықты зертетудегі ең жалпы семантикалық аяқ – абстрактілік элементарлық кластар, олар элементарлық субструктураны жалпылайтын күшті субструктуралық қатынас арқылы анықталады. Оның анықтамасы таза семантикалық болғанымен, әрбір абстрактілік элементарлық класс белгілі бір типтерді жоятын бірінші реттік теорияның модельдері ретінде берілуі мүмкін. Тұрақтылық теориясының ұғымдарын абстрактілік элементарлық кластарға жалпылау – жалғасып жатқан зерттеу бағдарламасы болып табылады.
Таңдалған қолданбалар
Модель теориясының алғашқы жетістіктерінің қатарында Тарскидің нақты жабық өрістер, Буль алгебралары және белгілі бір сипаттамалары бар алгебралық жабық өрістер сияқты әртүрлі алгебралық тұрғыдан қызықты кластар үшін кванторларды жою туралы дәлелдемелері бар. Кванторларды жою Тарскиге нақты жабық және алгебралық жабық өрістердің бірінші реттік теорияларының, сондай-ақ Буль алгебрасының бірінші реттік теориясының шешілетін екенін көрсетуге, Буль алгебраларын элементарлық эквиваленттілікке дейін жіктеуге және нақты жабық өрістер мен белгілі бір сипаттамалары бар алгебралық жабық өрістердің теорияларының бірегей екенін көрсетуге мүмкіндік берді. Бұдан әрі, кванторларды жою алгебралық жабық өрістердегі анықталатын қатынастарды алгебралық сорттар ретінде, ал нақты жабық өрістердегі анықталатын қатынастарды жартылай алгебралық жиынтықтар ретінде нақты сипаттауға мүмкіндік берді. 1960-шы жылдары ультракөбейту құрылымын енгізу алгебрада жаңа қолданыстарға жол ашты. Бұған Акстың псевдошекті өрістер жөніндегі жұмысы, шекті өрістер теориясының шешілетінін дәлелдеу және Акс пен Кохеннің Артіннің диофантикалық теңдеулер туралы болжамының ерекше жағдайы ретіндегі Акс-Кохен теоремасы кіреді. Ультракөбейту құрылымы сонымен қатар Абрахам Робинсонның стандартты емес анализді дамытуына әкелді, ол шексіз кіші шамалардың қатаң есептеуін қамтамасыз етуді мақсат етеді. Соңғы кезде тұрақтылық пен анықталатын жиынтықтардың геометриясы арасындағы байланыс алгебралық және диофантикалық геометрияның бірнеше қолданыстарына әкелді, соның ішінде 1996 жылы Эхуд Хрушовскийдің барлық сипаттамалардағы геометриялық Морделл-Ланг болжамын дәлелдеуі. 2001 жылы Манин-Мамфорд болжамының жалпылануын дәлелдеу үшін ұқсас әдістер қолданылды. 2011 жылы Джонатан Пила модульді қисықтардың көбейтінділері үшін Андре Оорттың болжамын дәлелдеу үшін o-минималдыққа қатысты әдістерді қолданды. Тұрақты теориялардың айналасында да өскен жеке зерттеулер желісінде Ласковский 1992 жылы NIP теорияларының машиналық оқыту теориясында PAC-оқытуға болатын анықталатын сыныптарды дәл сипаттайтынын көрсетті. Бұл осы екі бөлек саланың өзара әрекеттесуіне әкелді. 2018 жылы хат-хабар алмасу Хантер мен Чейздің тұрақты теориялардың онлайн оқытуға болатын сыныптарға сәйкес келетінін көрсеткенімен кеңейтілді.
In the 1960s, the introduction of the ultraproduct construction led to new applications in algebra. This includes Ax's work on pseudofinite fields, proving that the theory of finite fields is decidable, and Ax and Kochen's proof of as special case of Artin's conjecture on diophantine equations, the Ax Kochen theorem. The ultraproduct construction also led to Abraham Robinson's development of nonstandard analysis, which aims to provide a rigorous calculus of infinitesimals. More recently, the connection between stability and the geometry of definable sets led to several applications from algebraic and diophantine geometry, including Ehud Hrushovski's 1996 proof of the geometric Mordell Lang conjecture in all characteristics In 2001, similar methods were used to prove a generalisation of the Manin Mumford conjecture. In 2011, Jonathan Pila applied techniques around o minimality to prove the André Oort conjecture for products of Modular curves. In a separate strand of inquiries that also grew around stable theories, Laskowski showed in 1992 that NIP theories describe exactly those definable classes that are PAC learnable in machine learning theory. This has led to several interactions between these separate areas. In 2018, the correspondence was extended as Hunter and Chase showed that stable theories correspond to online learnable classes.
Тарих
Модель теориясы пәні шамамен 20 ғасырдың ортасынан бері қалыптасқан. Бұл атауды 1954 жылы Львов-Варшава мектебінің мүшесі Альфред Тарски енгізді. Дегенмен, математикалық логикадағы кейбір ертерек зерттеулер кейіннен модель теориялық сипатта қарастырылады. Қазіргі модель теориясының алғашқы маңызды нәтижесі – 1915 жылы Леопольд Лёвенхайм жариялаған төменгі Лёвенхайм-Сколем теоремасының ерекше жағдайы. Тығыздық теоремасы Торальф Сколемнің жұмысында жасырын түрде болған, бірақ ол алғаш рет 1930 жылы Курт Гёдельдің толықтық теоремасын дәлелдеу барысында лемма ретінде жарияланды. Лёвенхайм-Сколем теоремасы мен тығыздық теоремасы 1936 және 1941 жылдары Анатолий Мальцевтен тиісті жалпы түрін алды. Альфред Тарски модель теориясын соғыстар аралығында тәуелсіз ғылым ретінде дамытуға ықпал етті. Тарскидің еңбектері логикалық салдар, дедуктивті жүйелер, логика алгебрасы, анықтама теориясы және шындықтың семантикалық анықтамасы сияқты тақырыптарды қамтыды. Оның семантикалық әдістері 1950 және 60-шы жылдары ол және оның Берклидегі студенттері дамытқан модель теориясында толыққанды жетілді. Пәннің одан әрі даму тарихында әртүрлі бағыттар пайда бола бастады және пәннің фокусы өзгерді. 1960-шы жылдары ультракөбейтулерге қатысты әдістер модель теориясында кең таралған құралға айналды. Сонымен қатар, Джеймс Акс сияқты зерттеушілер әртүрлі алгебралық классстардың бірінші реттік модель теориясын зерттеді, ал Х. Джером Кейслер сияқты басқалары бірінші реттік модель теориясының ұғымдарын және нәтижелерін басқа логикалық жүйелерге кеңейтті. Морлидің мәселесінен шабыттанған Шелах тұрақтылық теориясын жасады. Оның тұрақтылық жөніндегі жұмысы модель теориясының сипатын өзгертіп, жаңа ұғымдар класын тудырды. Бұл парадигмалық өзгеріс деп аталады. Келесі онжылдықтарда тұрақтылық иерархиясының осы модельдерде анықталатын жиынтықтардың геометриясымен тығыз байланысты екендігі анықталды, бұл геометриялық тұрақтылық теориясы деп аталатын қосалқы пәннің пайда болуына әкелді. Геометриялық модель теориясының ықпалды дәлелінің мысалы – Хрушовскийдің функциялық өрістер үшін Морделл-Ланг болжамын дәлелдеуі.
Түпкілікті модель теориясы
Шекті құрылымдарға назар аударатын шекті модельдер теориясы, зерттелетін мәселелер мен қолданылатын әдістер тұрғысынан шексіз құрылымдарды зерттеуден күрт өзгешеді. Атап айтқанда, классикалық модельдер теориясының көптеген маңызды нәтижелері шекті құрылымдармен шектелгенде қолданылмайды. Мұнда тығыздық теоремасы, Гёдельдің толықтық теоремасы және бірінші реттік логика үшін ультракөбейту әдісі кіреді. Шекті және шексіз модельдер теориясының тоғысқан жерінде алгоритмдік немесе есептеуге болатын модельдер теориясы және 0-1 заңдарын зерттеу орналасқан, онда құрылымдар класының жалпы теориясының шексіз модельдері шекті модельдердің таралуы туралы мәліметтер береді. FMT-ның маңызды қолданылу салаларына сипаттамалық күрделілік теориясы, деректер базасы теориясы және формальді тілдер теориясы жатады.
Жинақ теориясы
Кез келген жиынтық теориясы (саналатын тілде берілген), егер ол дұрыс болса, саналатын модельге ие; бұл Сколемнің парадоксы деп аталады, себебі жиынтық теориясында санауға келмейтін жиынтықтардың бар екенін постулаттайтын сөйлемдер бар, бірақ бұл сөйлемдер біздің саналатын модельде шын болып келеді. Атап айтқанда, континуум гипотезасының тәуелсіздігін дәлелдеу үшін модельдің ішінде қаралғанда санауға келмейтін, бірақ модельден тыс қарағанда саналатын жиынтықтарды қарастыру қажет. Модельдік теориялық көзқарас жиынтық теориясында пайдалы болды; мысалы, Курт Гёдельдің құрастырылатын әлем туралы жұмысында, ол Пол Коэннің мәжбүрлеу әдісімен бірге таңдау аксиомасының және континуум гипотезасының жиынтық теориясының басқа аксиомаларынан тәуелсіздігін (қайта философиялық тұрғыдан қызықты) дәлелдеуге мүмкіндік береді. Керісінше, модельдік теорияның өзі Зермело-Френкель жиынтық теориясы шеңберінде формалдалады. Мысалы, модельдік теорияның негіздерін дамыту (мысалы, тығыздық теоремасы) таңдау аксиомасына сүйенді және шын мәнінде, таңдаусыз Зермело-Френкель жиынтық теориясы Бульдік жайқы идеал теоремасымен эквивалентті. Модельдік теориядағы басқа нәтижелер стандартты ZFC шеңберінен тыс жиынтық теориялық аксиомаларға байланысты. Мысалы, егер континуум гипотезасы орындалса, онда әрбір саналатын модель өзінің кардиналдығында қаныққан ультракөлікке ие болады. Сол сияқты, егер жалпыланған континуум гипотезасы орындалса, онда әрбір модельде қаныққан элементарлық кеңейтім бар. Бұл нәтижелердің ешқайсысы тек ZFC-де дәлелденбейді. Соңында, модельдік теориядан туындайтын кейбір мәселелер (мысалы, шексіз логиканың тығыздығы) үлкен кардинал аксиомаларымен эквивалентті екені көрсетілді.
Тегін онлайн мәтіндер
Ходжес, Уилфрид, модель теориясы. Стэнфорд философия энциклопедиясы, Э. Зальта (ред.). Ходжес, Уилфрид, бірінші реттік модель теориясы. Стэнфорд философия энциклопедиясы, Э. Зальта (ред.). Симмонс, Гарольд (2004), "Ескі үлгі теориясына кіріспе". Аспиранттарға арналған кіріспе курстың конспектісі (жаттығулармен). J. Barwise және S. Feferman (редакторлар), Модельдік-теориялық логика, Математикалық логика перспективалары, 8-том, Нью-Йорк: Springer Verlag, 1985.