Пси-функции Бухгольца представляют собой иерархию одноаргументных порядковых функций. введенный немецким математиком Вильфридом Бухгольцем в 1986 году. Эти функции представляют собой упрощенную версию -функционируют, но, тем не менее, имеют одинаковую силу [ нужны разъяснения ] как те. Позже этот подход был расширен Ягером. [1] и Шютте . [2]
Бухгольц определил свои функции следующим образом. Определять:
- Ω ξ = ω ξ , если ξ > 0, Ω 0 = 1
Функции ψ v (α) для α — ординала, v — ординала не выше ω, определяются индукцией по α следующим образом:
- ψ v (α) — наименьший ординал, не принадлежащий C v (α)
где C v (α) — наименьшее множество такое, что
- C v (α) содержит все ординалы меньше, чем Ω v
- C v (α) замкнуто относительно порядкового сложения
- C v (α) замкнута относительно функций ψ u (при u ⩽ ω), примененных к аргументам, меньшим α.
Пределом этих обозначений является ординал Такеути–Фефермана–Бухгольца .
Позволять — класс аддитивно главных ординалов. Бухгольц показал следующие свойства этой функции:
- [3] : 197
- [3] : 197
- [3] : 199
- [3] : 197
- [3] : 199
- [3] : 199
- [3] : 206
Нормальная форма для 0 равна 0. Если является ненулевым порядковым числом тогда нормальная форма для является где и и каждый также пишется в нормальной форме.
Основная последовательность порядкового числа с конфинальностью является строго возрастающей последовательностью с длиной и с лимитом , где это -й элемент этой последовательности. Если является порядковым номером преемника, тогда и фундаментальная последовательность имеет только один элемент . Если является предельным порядковым номером, тогда .
Для ненулевых ординалов , записанные в нормальной форме, фундаментальные последовательности определяются следующим образом:
- Если где затем и
- Если , затем и ,
- Если , затем и ,
- Если затем и (и обратите внимание: ),
- Если и затем и ,
- Если и затем и где .
Бухгольц работает в теории множеств Цермело – Френкеля, что означает, что каждый порядковый номер равно множеству . Тогда условие означает, что установлен включает все порядковые номера меньше другими словами .
Состояние означает, что установлен включает в себя:
- все порядковые номера из предыдущего набора ,
- все ординалы, которые можно получить суммированием аддитивно главных ординалов из предыдущего набора ,
- все порядковые номера, которые можно получить, применяя порядковые номера меньше из предыдущего набора как аргументы функций , где .
Поэтому мы можем переписать это условие так:
Таким образом, объединение всех множеств с т.е. обозначает набор всех ординалов, которые могут быть созданы из ординалов функциями + (сложение) и , где и .
Затем — наименьший порядковый номер, не принадлежащий этому множеству.
Примеры
Рассмотрим следующие примеры:
- (поскольку нет функций и 0 + 0 = 0).
Затем .
включает в себя и все возможные суммы натуральных чисел и, следовательно, – первый трансфинитный порядковый номер, который по определению больше всех натуральных чисел.
включает в себя и все возможные их суммы и, следовательно, .
Если затем и .
Если затем и – наименьшее число эпсилон, т.е. первая фиксированная точка .
Если затем и .
второе число эпсилон,
- т.е. первая фиксированная точка ,
, где обозначает функцию Веблена ,
, где обозначает функцию Фефермана и – ординал Фефермана–Шюте ,
- – ординал Аккермана ,
- малый ординал Веблена ,
- — большой ординал Веблена ,
Теперь давайте исследуем, как работает:
т.е. включает в себя все счетные ординалы. И поэтому включает все возможные суммы всех счетных ординалов и первый неисчисляемый порядковый номер, который по определению больше всех счетных порядковых номеров, т.е. наименьшее число с мощностью .
Если затем и .
- где является натуральным числом, ,
Для случая набор включает в себя функции со всеми аргументами меньше то есть такие аргументы, как
а потом
В общем случае:
Мы также можем написать:
Бухгольц [3] определил порядковую запись связанный с функция. Одновременно определим множества и как формальные строки, состоящие из индексируется , фигурные скобки и запятые следующим образом:
- ,
- .
- .
- .
Элемент называется термином , а элементом называется главным термином . По определению, представляет собой рекурсивный набор и является рекурсивным подмножеством . Каждый термин либо , главный термин или массив главных членов длины в фигурных скобках . Обозначим к . По соглашению каждый термин может быть однозначно выражен либо как или заключенный в фигурные скобки непустой массив основных терминов. Поскольку пункты 3 и 4 определения и применимы только к массивам длины , это соглашение не вызывает серьезной двусмысленности.
Затем мы определяем бинарное отношение на следующим образом:
- Если , затем:
- Если для некоторых , затем истинно, если верно любое из следующих условий:
- Если для некоторых , затем истинно, если верно любое из следующих условий:
представляет собой рекурсивный строгий тотальный порядок . Мы сокращаем как . Хотя сам по себе не является упорядоченным, его ограничение рекурсивным подмножеством , который будет описан позже, образует упорядоченность. Чтобы определить , мы определяем подмножество для каждого следующим образом:
- Предположим, что для некоторых , затем:
- Если для некоторых для некоторых .
представляет собой рекурсивное отношение на . Наконец, мы определяем подмножество следующим образом:
- Для любого , эквивалентно и для любого , .
- Для любого , эквивалентно и .
является рекурсивным подмножеством , и элемент называется порядковым термином . Затем мы можем определить карту следующим образом:
- Если для некоторых , затем .
- Если для некоторых с , затем , где обозначает убывающую сумму ординалов, что совпадает с обычным сложением по определению .
Бухгольц проверил следующие свойства :
- Карта является сохраняющим порядок биективным отображением относительно и . В частности, является рекурсивным строгим упорядочением .
- Для любого удовлетворяющий , совпадает с порядковым типом ограничено счетным подмножеством .
- Порядковый номер Такеути -Фефермана-Бухгольца совпадает с порядковым типом ограничено рекурсивным подмножеством .
- Порядковый тип больше ординала Такеути-Фефермана-Бухгольца .
- Для любого , обоснованность ограничено рекурсивным подмножеством в смысле несуществования примитивно-рекурсивной бесконечной нисходящей последовательности недоказуемо при .
- Обоснованность ограничено рекурсивным подмножеством в том же смысле, что и выше, не доказуемо при .
Нормальную форму функции Бухгольца можно определить путем возврата к стандартной форме для порядкового обозначения, связанного с ней по формуле . А именно, набор предикатов, где ординалы в определяется следующим образом:
- Предикат по порядковому номеру определяется как принадлежит .
- Предикат где ординалы с определяется как и принадлежит .
- Предикат где ординалы с целым числом определяется как , , и принадлежит . Здесь является функциональным символом, а не фактическим дополнением, и обозначает класс аддитивных главных чисел.
Полезно также заменить третий случай следующим, полученным объединением второго условия:
- Предикат где ординалы с целым числом и определяется как , , и принадлежит .
Заметим, что эти две формулировки не эквивалентны. Например, является допустимой формулой, которая неверна по отношению ко второй формулировке из-за , хотя это действительная формула, которая верна по отношению к первой формулировке из-за , , и . Таким образом, понятие нормальной формы во многом зависит от контекста. В обеих формулировках каждый порядковый номер в может быть однозначно выражена в нормальной форме для функции Бухгольца.