第VII章 演習問題 [B13]

まず、整礎的関係 \(R\) を \(\langle s,t \rangle R \langle u,v \rangle \Leftrightarrow s \in t \wedge u \in v\) で定める.

\(x=y \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x}=\check{y} \) を示す.\(R\) に関する帰納法で証明する.\(x=y\) とする.\(\forall \langle z,w \rangle R \langle x,y \rangle (z=w \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w})\) と仮定する.\(1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x}=\check{y}\) を示せばよい.定義3.3(a)-(\(\alpha\))の条件が成り立つことを示す.(a)-(\(\beta\))は対称なので同様に示せる.\(x=y=0\) のときは,明らかに成り立つ.\(x=y \neq 0\) であるときについて考える.\(\langle \pi_1 , s_1 \rangle \in \check{x}\) とする.\(\check{x}\) の定義により,\(z \in x\) を用いて \(\langle \pi_1 , s_1 \rangle = \langle \check{z} , 1 \rangle\) と表せる.\(D=\{ q \in \mathbb{P} : \exists w \in y ( q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w} ) \}\) が稠密であることを示せばよい.\(q \in \mathbb{P}\) とする.\(x=y\) なので \(z=w\) なる \(w \in y\) が存在する.\( z=w\) なので,帰納法の仮定により \(1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w}\) である.\(q \leq 1\) であるので,補題3.4により,\(q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w}\) である.すなわち,\(q \in D\) であり,\(D\) は稠密である.

\(x \neq y \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \neg( \check{x} = \check{y} )\) を示す.\(R\) に関する帰納法で証明する.\(x \neq y\) とする.\(\forall \langle z,w \rangle R \langle x,y \rangle (z \neq w \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \neg( \check{z}=\check{w} ) )\) と仮定する.\(1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \neg( \check{x}=\check{y} )\) を示す.\(q \in \mathbb{P}\) とする.\(q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x}=\check{y}\) とならないことを示せばよい.

背理法によって示す.\(q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x}=\check{y}\) であると仮定する.\(x \neq y\) なので \(\exists z \in x \forall w \in y (z \neq w)\) または \(\exists w \in y \forall z \in x (z \neq w)\) が成り立つ.\(\exists z \in x \forall w \in y (z \neq w)\) の場合について証明を行う.\(\exists w \in y \forall z \in x (z \neq w)\) の場合については対称なので同様に示される.\(z \in x\) を \(\forall w \in y (z \neq w)\) であるものとして取る.今,\(q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x}=\check{y}\) であることから \(\langle \check{z}, 1 \rangle \in \check{x}\) に対して,\(E = \{ r \leq q : \exists w \in y ( r \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w} ) \}\) が \(q\) 以下で稠密である.そこで,\(s \in E\) とする.\(w \in y\) が存在して,\(s \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w}\) である.しかし \(z \neq w\) から \(1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \neg( \check{z}=\check{w} )\) である.\(s \leq 1\) であるので,\(s \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{z}=\check{w}\) ではない.これは矛盾である.

\(x \in y \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x} \in \check{y}\) を示す.\(x \in y\) とする.\( 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x} \in \check{y}\) を示す.
\(D=\{ q \in \mathbb{P} : \exists w \in y ( q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{w} = \check{x} ) \}\) が稠密であることを示せばよい.\(q \in \mathbb{P}\) とする.\(x \in y\) である.\(x = x\) であるから \(( x = x \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x} = \check{x})\) より,\(1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x} = \check{x}\) である.補題3.4により,\(q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x} = \check{x}\) である.よって \(q \in D\) であり,\(D\) は稠密である.

\(x \notin y \rightarrow 1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \neg( \check{x} \in \check{y} )\) を示す.\(x \notin y\) とする.背理法によって示す. \(q \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{x} \in \check{y}\) なる \(q\) があったとする.\(E = \{ r \in \mathbb{P} : \exists w \in y ( r \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{w} = \check{x} )\}\) が \(q\) 以下で稠密である.\(r \leq q\) と \(w \in y\) を \( r \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{w} = \check{x}\) であるようにとる.\(x \notin y \wedge w \in y\) より,\(w \neq x\) である.よって \(1 \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \neg( \check{w} = \check{x})\) である.つまり,\(r \,{\|\kern-0.40em-}^{*}\, \check{w} = \check{x}\) ではない.これは矛盾である.

 

解答者: 田尻 翔平 (公開日: 2012年8月6日)

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