Кіріспе

Математикада, әсіресе жиын теориясында, алеф сандары – жақсы реттелген шексіз жиындардың кардиналдығын (немесе мөлшерін) көрсету үшін қолданылатын сандар тізбегі. Оларды математик Георг Кантор енгізді және оларды белгілеу үшін қолданған еврей әрпі алеф (ℵ) арқылы аталды. Натурал сандардың кардиналдығы ℵ₀ (алеф ноль немесе алеф нөл немесе алеф нуль деп оқылады), жақсы реттелген жиынның келесі үлкен кардиналдығы – ℵ₁, содан кейін ℵ₂ және т.б. Осылай жалғаса отырып, кез келген реттік сан α үшін ℵα кардиналдық санын анықтауға болады, бұл төменде сипатталған. Осы ұғым мен белгілеу Георг Канторға тиесілі, ол кардиналдық ұғымын анықтады және шексіз жиындардың әртүрлі кардиналдыққа ие болуы мүмкін екенін түсінді. Алеф сандары алгебра мен есептеуде жиі кездесетін шексіздіктен (∞) ерекшеленеді, себебі алефтер жиындардың мөлшерін өлшейді, ал шексіздік әдетте нақты сандар түзуінің жолсыз шегі (функцияға немесе «шексіздікке қарай ұмтылатын» немесе «шексіз өсетін» тізбекке қолданылады) немесе кеңейтілген нақты сандар түзуінің шексіз нүктесі ретінде анықталады.

Алеппо-1

А1 - бұл, анықтамасы бойынша, барлық саналатын реттік сандар жиынының кардиналдылығы. Бұл жиын ω1 (немесе кейде Ω) арқылы белгіленеді. ω1 жиыны – барлық саналатын сандардан үлкен реттік сан, сондықтан ол санауға болмайтын жиынтық. Сондықтан, א1 – א0-дан ерекшеленеді. А1 анықтамасы (ZF-де, Zermelo–Fraenkel жинақ теориясы таңдау аксиомасысыз) א0 мен א1 арасында ешқандай кардиналдық сан жоқ екенін білдіреді. Егер таңдау аксиомасы қолданылса, кардиналды сандар класы толығымен реттелгенін және осылайша א1 екінші ең кішкентай шексіз кардиналды сан екенін дәлелдеуге болады. ω1 жиынының ең пайдалы қасиеттерінің бірі: ω1 санының кез келген саналатын қосалқы жиынының жоғарғы шегі ω1 болады (бұл саналатын жиынның саналатын санының бірігуі өзі саналатындықтан туындайды). Бұл факт א0 жағдайындағы жағдайға ұқсас: табиғи сандардың әрбір шекті жиынының максимумы да табиғи сан болып табылады, ал шекті жиынтықтардың шекті одақтары шекті. Ординал ω1 – бұл пайдалы ұғым, бірақ сәл экзотикалық көрінеді. Мысал ретінде, саналатын операциялар бойынша "жабылу" қолданылады; мысалы, кездейсоқ жиынтықтардың кез келген жиыны арқылы туындаған σ-алгебраны нақты сипаттауға тырысу (мысалы, Борел иерархиясын қараңыз). Бұл алгебрадағы "туындатудың" көптеген нақты сипаттамаларынан (векторлық кеңістіктер, топтар және т.б.) қиынырақ, себебі бұл жағдайларда біз тек шекті операциялар бойынша ғана жабу керек – қосынды, көбейту және т.б. Бұл процесс әр саналатын ординал үшін трансфинитті индукция арқылы барлық мүмкін саналатын одақтар мен толықтыруларды "қосып", ω1 жиынының барлығының бірігуін алу арқылы жиынтықты анықтауды қамтиды.

Континуумдық гипотеза

Нақты сандар жиынының (континуумның) кардиналдығы 2ℵ₀-қа тең. Бұл санның алепп сандар иерархиясындағы нақты орны ZFC (Zermelo–Fraenkel жинақ теориясы таңдау аксиомасымен толықтырылған) аясында анықталмайды, бірақ ZFC-ден континуум гипотезасының (CH) 2ℵ₀ = ℵ₁ теңдігіне эквивалентті екені шығады. CH бойынша, бүтін сандар мен нақты сандардың кардиналдығы арасында қатаң түрде орналасқан жиын жоқ. CH, ZFC-ге тәуелсіз: оны осы аксиомалар жүйесінде дәлелдеу де, жоққа шығару да мүмкін емес (ZFC-нің дәйектілігі болған жағдайда). CH-нің ZFC-ге дәйекті екенін 1940 жылы Курт Гёдель көрсетті, оның терістелуі ZFC теоремасы емес екенін дәлелдеді. Ал CH-нің ZFC-ге тәуелсіз екенін 1963 жылы Пол Коэн көрсетті, CH-нің өзі ZFC теоремасы емес екенін (сол кезде жаңа болған) мәжбүрлеу әдісі арқылы көрсетті.

Таңдау аксиомасының рөлі

Кез келген шексіз реттік санның кардиналдығы – алеф саны болады. Кез келген алеф – белгілі бір ординалдың кардиналдығы. Олардың ең кішісі – оның бастапқы ординалы. Кардиналдылығы алеф болатын кез келген жиын ординалмен теңсанды және осылайша жақсы реттелген. Әр шекті жиын жақсы реттелмелі, бірақ оның кардиналдығы алеф емес. ZF-тен асып, әр шексіз жиынның кардиналдығы алеф саны деген болжам, әр жиынның жақсы реттелгендігінің болуымен тең, ал ол өз кезегінде таңдау аксиомасымен тең. ZFC жиын теориясы, таңдау аксиомасын қамтиды, бұл әр шексіз жиынның кардиналдығы ретінде алеф саны бар екенін білдіреді (яғни оның бастапқы ординалымен тең), сондықтан алеф сандарының бастапқы ординалдары барлық мүмкін шексіз кардинал сандардың өкілдер класы ретінде қызмет етеді. Кардиналдылық, таңдау аксиомасысыз ZF-де зерттелетін болса, әр шексіз жиынның кардиналдығы ретінде қандай да бір алеф саны бар екенін дәлелдеу мүмкін емес; кардиналдылығы алеф саны болатын жиындар – дәл жақсы реттелген шексіз жиындар. Скотт әдісі кейде ZF шеңберінде кардинал сандардың өкілдерін құрудың балама жолы ретінде қолданылады. Мысалы, card(S) – S-пен бірдей кардиналдығы бар, ең төменгі мүмкін рангілі жиындар жиыны деп анықтауға болады. Бұл card(S) = card(T) егер және тек қана S және T бірдей кардиналдыққа ие болса деген қасиетке ие. (card(S) жиыны, әдетте S-тің бірдей кардиналдығына ие емес, бірақ оның барлық элементтері соған ие.)