相対性理論を学びたい人のために

まだ一度も相対性理論を勉強したことのない人は、何か一冊相対性理論の本を読みかじってみて、なぜこんなことが?という、疑問を持ってからこのブログに来てください。ブログの先頭に戻るには表題のロゴをクリックしてください

相対論への招待(その24)

 現在2020年3月7日7時29分である。

麻友「太郎さん。今日は、早起きね」

私「昨日、フラフラで、22時半頃寝たから、ぐっすり眠れて、今朝5時22分に、起きられて、土曜日だから、新聞買ってきた」

麻友「今でも、土曜日の朝日新聞の、数独解いているの?」

私「飽きちゃって、もう解いてなかったんだけど、先週、半年ぶりくらいで、レヴェル★★★★★のを、消しゴムを使わず、可能性も書き上げず、解いたら、2時間ちょっとかかってしまった。刃物はいつも研いでないと、切れなくなる」

若菜「お父さんでも、そうですか。数学も、武器を磨いてないと、駄目なんでしょうね」

結弦「それはそうと、昨日、お父さん、


{[\forall y ( y \notin C ) ]^{4)}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[ \forall u ( u \in B \Longleftrightarrow u \notin C ) ]^{3)}}

から始まって、{\mathbf{NK_{\in}+BG}} での証明が、15行に渡って、あって、


と書いてたけど、眠くなかったら、15行全部書きたかったんじゃない?」

私「見てくれるかい?」

結弦「そのための、ブログだ」

私「まず、何を仮定して、何を、導くのかを、明らかにしよう。

{\mathbf{NK_{\in}+BG}} の公理から、必要なのは、次の3つ、


公理(X.空集合の存在)

要素を1つも含まないクラスが存在する。これは、後の無限公理により、集合となる。

厳密には、この公理は、後の、無限公理から導ける。{\emptyset} の存在を明示するため、公理に加えた。

{ \exists x \forall y ( y \notin x ) }

と、

公理(VIII.補集合の存在(クラスでも良い))

集合の補集合が、クラスとなることもあるし、クラスの補集合が、クラスとなることもある。『補クラス』とか『補部類』という言葉が言いにくいので、『補集合』に統一することにした。補集合と言っていても、クラスのこともあり得るとする。

{\forall X \exists Y \forall u ( u \in Y \Longleftrightarrow u \notin X ) }

と、

公理(I.集合になるための十分条件)

{\forall X \forall Y (X \in Y \Rightarrow m(X))}

これは、以下のものと同値である。自分を要素とするクラスがあれば、その自分は集合だという公理である。

{ \forall X ( \exists Y( X \in Y ) \Rightarrow m(X))}

の3つの仮定から、

{\exists Y \forall X ( X \in Y \Longleftrightarrow m(X))}

を、証明しようと言うんだ。

 記号を解読すると、空集合が、存在するということと、どんな集合にも、補集合(集合とは限らず、補クラスのようなものも)が、存在するということと、何らかの集合かクラスの元となるものは、皆、集合である、ということから、『すべての集合を元とし、集合のみを元とするクラスが存在する』、ということを、導くんだ。

 要するに、空集合の補集合は、すべての集合を元として含むクラスだ、ということなんだよ」

結弦「なんだ、それだけか。ひとことで言えてるじゃないか」

私「それが、{\mathbf{NK_{\in}+BG}} で、きちんと証明できるということを、確かめるんだ。始めるぞ。ただし、空集合の存在 { \exists x \forall y ( y \notin x ) } で、{y} が、小文字だということが、効いてくる。

{  \forall y ( y \notin C ) }
────────────
{ \forall Y ( m(Y) \Rightarrow  ( Y \notin C )) }

 小文字で書いた場合は、上のように、大文字で集合であるという条件を付けて書いたものの、省略であるという約束があるのである(BGsummary.pdf の 2.1.16定義(小文字で表した場合)参照)」

私「それでは、証明」


{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[\forall y ( y \notin C ) ]^{4)}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[ \forall u ( u \in B \Longleftrightarrow u \notin C ) ]^{3)}}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~}─────────────{~~~~~~~~~~~~~~~}────────────────
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\forall Y ( m(Y) \Rightarrow  ( Y \notin C ))~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~A \in B \Longleftrightarrow A \notin C}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~} ──────────── {~~~~~~~~~~~~~~~~~}────────────────
{~~~~[m(A)]^{1)}~~~~m(A) \Rightarrow A \notin C~~~~~~~~~~~~~~~~~~(A \in B \Rightarrow A \notin C) \wedge (A \notin C \Rightarrow A \in B)}
{~~~~}───────────────{~~~~~~~~~~~~~}──────────────────
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ A \notin C~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~A \notin C \Rightarrow A \in B}
{~~~~~~~~~~~~~}─────────────────────────────
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~A \in B}
{~~~~~~~}──────────────────────────────1
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ m(A) \Rightarrow A \in B}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\downarrow}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\spadesuit}



{~~~~~~[ A \in B ]^{2)}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ \forall X ( \exists Y( X \in Y ) \Rightarrow m(X))}
{~~}─────────{~~~~~~~~~~~~~~~}──────────────────
{~~~~~~~~~\exists Y ( A \in Y ) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\exists Y( A \in Y ) \Rightarrow m(A)}
{~~}──────────────────────────
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~m(A)}
{~~~~~~~~~~~~~~~}────────────────2
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~A \in B \Rightarrow m(A)}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\downarrow}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\clubsuit}



{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\clubsuit~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\spadesuit}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\downarrow~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\downarrow}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ A \in B \Rightarrow m(A) ~~~~~~~~~ m(A) \Rightarrow A \in B}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~}────────────────────
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ( A \in B \Rightarrow m(A)) \wedge (m(A) \Rightarrow A \in B)}
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~}───────────────────────
{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ A \in B \Longleftrightarrow m(A) }
補集合の存在公理{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~}───────────────────────
{~~\forall X \exists Y \forall u ( u \in Y \Longleftrightarrow u \notin X )~~~~~~~ \forall X (X \in B \Longleftrightarrow m(X)) }
──────────────{~~~~~~~~~~~~~~~}─────────────
{~~~~~~\exists Y \forall u ( u \in Y \Longleftrightarrow u \notin C )~~~~~~~~~~ \exists Y \forall X (X \in Y \Longleftrightarrow m(X)) }
{~~~~~~~~~~~~~~~}─────────────────────────────3
{~\exists x \forall y (y \notin x) ~~~~ \exists Y \forall X (X \in Y \Longleftrightarrow m(X)) }
─────────────────────────────4
{ \exists Y \forall X (X \in Y \Longleftrightarrow m(X)) }

証明終

私「正直言って、途中でやめて、ノートをスキャンしようかと思ったけど、スペードやクラブのマークを付けたりして、楽しんで、なんとか11時間くらいかけて、証明を {\TeX} 化した。3や4の番号が付いているところは、一番難しい、{\exists} 除去 の推論を、している部分である」

結弦「気安く、見てあげるためのブログだ、なんて言って、お父さん大変だったんだね」

私「完全には、形を整えられていないけど、数式の入った図を書くというのは、苦労させられるんだ」

麻友「これで、証明なのね。太郎さんは、『現代論理学』を読ませて、私にもこういう証明を、読めるようにして、さらには、書けるようにさせようと、企んでいるのね。これは、無理よ」

私「今は、見るだけで、恐ろしいだろうが、一度このテクニックを身に付けると、数学の論理的な思考が、今の場面で、筋が通っているかどうか、もの凄く肌に感じて分かるんだ」

若菜「でも、お父さんも、疲れたみたい。今日は、『相対論への招待(その24)』、ここで、お開きにしませんか」

私「じゃあ、解散」


麻友「場合によっては、ノートスキャンでも、いいわよ」

私「いや、今日は、全部、{\mathbf{NK_{\in}+BG}} で書けるかどうか、試してみたかったんだ。こんなに時間がかかるとは、思わなかったが、でも、完成したのは、嬉しかった」

麻友「じゃあ、おやすみ」

私「おやすみ」

 現在2020年3月7日20時54分である。おしまい。