Axióma výberu vs. výber (označenie) jedného konkrétneho prvku

Teória množín pre odbor matematika, predmet Aplikácie teórie množín (2-MAT-226)

Moderator: Martin Sleziak

Post Reply
Martin Sleziak
Posts: 5520
Joined: Mon Jan 02, 2012 5:25 pm

Axióma výberu vs. výber (označenie) jedného konkrétneho prvku

Post by Martin Sleziak »

Napíšem sem niečo k veci, ktorá sa v súvislosti s axiómou výberu núka ako veľmi prirodzená otázka.

V dôkazoch často povieme niečo také, že máme nejakú množinu a z nej si vyberieme nejaký jeden prvok a niečo s ním robíme. Používame na tomto mieste axiómu výberu?

Aby som tu mal konkrétny príklad nejakého tvrdenia a dôkazu, tak si vezmem niečo také, že keď mám iba jednu neprázdnu množinu, tak budeme mať aj výberovú množinu.

Tvrdenie. Nech $A\ne\emptyset$. Potom existuje množina $V$ taká, že prienik $V\cap A$ je jednoprvkový.

Dôkaz. Pretože $A\ne\emptyset$, existuje aspoň jeden prvok patriaci do $A$. Označme si nejaký takýto prvok ako $x_0$. Ak položíme $V=\{x_0\}$, tak prienik $V\cap A=\{x_0\}$ je jednoprvkový. $\square$

Je to veľmi naivné a jednoduché tvrdenie - ale tu ho používame iba na ilustráciu; chceme si hlavne rozmyslieť, či sme niekde použili AC alebo nie.

A naozaj by to mohlo trochu pôsobiť dojmom, že sme axiómu výberu použili - pretože sme si vybrali jeden prvok $x_0\in A$ a potom s ním niečo robili.

V skutočnosti však axiómu výberu nijako nepoužívame. Iba sme si nejakou premennou označili jeden prvok z $A$ (ktorýkoľvek prvok tejto množiny). A pomocou neho sme vedeli dostať množinu $V$ s požadovanými vlastnosťami.

Pokojne sme tento dôkaz mohli zapísať tak, že by sme ukázali
$$(\forall x) (x\in A \Rightarrow (\exists V) |V\cap A|=1)$$
a spolu s tým, že platí výrok $(\exists x) x\in A$ potom dostávame $(\exists V)|V\cap A|=1$.

Formálnejšie sa na to môžeme pozerať tak, že sme použili jedno z pravidiel výrokovej logiky, ktoré nám povoľuje pre ľubovoľný výrok $\varphi(x)$ o ktorom vieme, že platí $(\exists x)\varphi(x)$ zaviesť nejakú novú konštantu $c$ takú, že platí $\varphi(c)$. Wikipédia: Existential instantiation

Možno rozumný pohľad na rozlíšenie týchto vecí je aj ten, že je rozdiel, či sme si "vybrali" (označili) jeden prvok - alebo či takýchto výberov robíme naraz nekonečne veľa.

Môžete sa skúsiť zamyslieť aj nad tým, či by ste matematickou indukciou vedeli zdôvodniť axiómu výberu pre konečné systémy. (T.j. ak $\mathcal S$ je konečný systém neprázdnych a po dvoch disjunktných množín, tak existuje množina $V$ taká, že prienik $V\cap S$ je jednoprvkový pre všetky $S\in\mathcal S$.)

Pridám aj nejaké linky:
Post Reply