Кіріспе

Математикалық логиканың саласы. Кері математика – математикалық теоремаларды дәлелдеу үшін қандай аксиомалар қажет екенін анықтауға бағытталған математикалық логикадағы бағдарлама. Оның ерекше әдісін қысқаша "теоремалардан аксиомаларға кері бағытпен" деп сипаттауға болады, бұл аксиомалардан теоремаларды тудырудың дәстүрлі математикалық тәсіліне қайшы келеді. Оны жеткілікті жағдайлардан қажетті жағдайларды бөліп алу ретінде қарастыруға болады. Кері математика бағдарламасы жинақтар теориясындағы нәтижелермен, мысалы, таңдау аксиомасы мен Зорн леммасының ZF жинақтар теориясы бойынша эквивалентті екендігін көрсететін классикалық теоремамен алдын ала болжалды. Алайда, кері математиканың мақсаты жинақтар теориясы үшін мүмкін болатын аксиомаларды емес, математиканың қарапайым теоремалары үшін мүмкін болатын аксиомаларды зерттеу болып табылады. Кері математика көбінесе екінші реттік арифметиканың кіші жүйелерін пайдалана отырып жүзеге асырылады, онда оның көптеген анықтамалары мен әдістері конструктивті талдау және дәлелдеу теориясы саласындағы бұрынғы жұмыстардан шабыт алады. Екінші реттік арифметиканы қолдану рекурсия теориясынан көптеген техникаларды пайдалануға мүмкіндік береді; кері математикадағы көптеген нәтижелер есептеулі талдаудағы сәйкес нәтижелерге ие. Жоғары реттік кері математикада жоғары реттік арифметиканың кіші жүйелері мен оған байланысты кеңейтілген тілге назар аударылады. Бағдарламаның негізін қалаушы және дамытушы – Стив Симпсон. Пән бойынша стандартты анықтамалық – , ал мамандар емес оқырмандарға арналған кіріспе – жоғары реттік кері математикаға кіріспе, сондай-ақ негізгі мақала – .

Жалпы қағидалар

Кері математикада, бастапқы тілден және негіздік теориядан – яғни, негізгі аксиомалар жүйесінен – басталады. Бұл жүйе көптеген теоремаларды дәлелдеуге тым әлсіз, бірақ осы теоремаларды тұжырымдауға қажетті анықтамаларды жасауға жеткілікті күшті. Мысалы, "Кез келген шектелген нақты сандар тізбегінің жоғарғы шегі болады" теоремасын зерттеу үшін нақты сандар мен нақты сандар тізбектері туралы сөйлей алатын негіздік жүйе қажет. Негіздік жүйеде тұжырымдалуы мүмкін, бірақ негіздік жүйеде дәлелденбейтін әрбір теорема үшін, осы теореманы дәлелдеу үшін қажетті нақты аксиомалық жүйені (негіздік жүйеден күштірек) анықтау мақсаты қойылады. Теорема T-ны дәлелдеу үшін жүйе S қажет екенін көрсету үшін екі дәлелдеу қажет. Бірінші дәлелдеу T-ның S-тен дәлелденетінін көрсетеді; бұл – жүйе S-те орындалуы мүмкін екенін дәлелдейтін негізгі математикалық дәлелдеу. Екінші дәлелдеу, кері дәлелдеу деп аталады, T-ның өзі S-ті білдіретінін көрсетеді; бұл дәлелдеу негіздік жүйеде жүзеге асырылады. Мысалы, жоғары ретті кері математиканың негіздік теориясы, RCA0 сияқты сөйлемдерді тілге дейін дәлелдейді. Жоғарыда айтылғандай, екінші ретті түсінік аксиомалары жоғары реттік негізде оңай жалпыланады. Дегенмен, негізгі кеңістіктердің тығыздығын көрсететін теоремалар екінші және жоғары реттік арифметикада өте әртүрлі әрекет етеді: бір жағынан, егер саналатын жабындармен/екінші реттік арифметика тілімен шектелген болса, бірлік аралығының тығыздығы келесі бөлімдегі WKL0-дан дәлелденеді. Екінші жағынан, егер санаусыз жабындармен/жоғары реттік арифметика тілі берілген болса, бірлік аралығының тығыздығы тек толыққанды екінші реттік арифметикадан ғана дәлелденеді. Басқа жабу леммалары (мысалы, Линделоф, Витали, Бесикович және т.б.) да осындай мінез-құлық көрсетеді, ал өлшегіш интегралдың көптеген негізгі қасиеттері негізгі кеңістіктің тығыздығына эквивалентті.

Екінші реттік арифметиканың үлкен бес ішкі жүйесі

Екінші реттік арифметика — табиғи сандар мен табиғи сандар жиындарының формалды теориясы. Саналатын сақиналар, топтар және өрістер сияқты көптеген математикалық объектілер, сондай-ақ тиімді поляк кеңістіктеріндегі нүктелерді табиғи сандар жиыны ретінде көрсетуге болады және осы көрсету арқылы екінші реттік арифметикада зерттеуге болады. Кері математика екінші реттік арифметиканың бірнеше кіші жүйелерін қолданады. Типтік кері математика теоремасы белгілі бір математикалық теорема T-ның әлсіз B кіші жүйесіне қарағанда екінші реттік арифметиканың белгілі бір S кіші жүйесіне эквивалентті екенін көрсетеді. Бұл әлсіз жүйе B нәтиже үшін негізгі жүйе ретінде танылады; кері математика нәтижесінің мағынасы болуы үшін, бұл жүйе өзі математикалық теорема T-ны дәлелдей алмайтын болуы керек. Ол екінші реттік арифметиканың бес ерекше кіші жүйесін сипаттайды, оларды ол "Үлкен Бес" деп атайды, және олар кері математикада жиі кездеседі. Күшінің өсу ретімен бұл жүйелер RCA0, WKL0, ACA0, ATR0 және ΠCA0 аббревиатураларымен аталады. Төмендегі кесте "Үлкен Бес" жүйелерін қорытындылайды және жоғары реттік арифметикадағы сәйкес жүйелердің тізімін ұсынады. Кез келген ішінара функцияны толық функцияға кеңейтуге болады. Комбинаторикадағы әртүрлі теоремалар, мысалы, Рамзи теоремасының кейбір түрлері.

ω-модельдер мен β-модельдер

ω моделіндегі ω әрпі теріс емес бүтін сандар (немесе шекті ординалдар) жиынтығын білдіреді. ω моделі – екінші реттік арифметиканың бір бөлігі үшін жасалған модель, оның бірінші реттік бөлігі Пеано арифметикасының стандартты моделі болып табылады, бірақ екінші реттік бөлігі стандартты емес болуы мүмкін. Нақтырақ айтқанда, ω моделі ω-ның ішкі жиынтықтарын таңдау арқылы беріледі. Бірінші реттік айнымалылар әдеттегідей ω элементтері ретінде түсіндіріледі, және , олардың әдеттегі мағыналарын сақтайды, ал екінші реттік айнымалылар ω-ның элементтері ретінде түсіндіріледі. Бірақ, басқа ω модельдері де бар; мысалы, RCA0-да ω-ның рекурсивті ішкі жиынтықтарынан тұратын минималды ω моделі бар. β моделі – бұл шындық және (параметрлермен) сөйлемдер бойынша стандартты ω модельмен келісетін ω модель. Сонымен қатар, ω емес модельдер де пайдалы, әсіресе сақтау теоремаларын дәлелдеуде.