Haqiqiy yopiq maydon - Real closed field

Yilda matematika, a haqiqiy yopiq maydon a maydon F u xuddi shunday birinchi tartib maydoni sifatida xususiyatlar haqiqiy raqamlar. Ba'zi misollar haqiqiy sonlar maydoni, haqiqiy maydon algebraik sonlar va maydoni giperreal raqamlar.

Ta'riflar

Haqiqiy yopiq maydon bu maydon F unda quyidagi teng sharoitlardan biri to'g'ri keladi:

1. F bu elementar ekvivalent haqiqiy raqamlarga. Boshqacha qilib aytganda, u reallar kabi birinchi darajali xususiyatlarga ega: birinchi darajadagi maydonlar tilidagi har qanday jumla to'g'ri F agar va faqat bu haqiqatda bo'lsa.
2. Bor umumiy buyurtma kuni F buni qilish buyurtma qilingan maydon Shunday qilib, ushbu buyurtmada har qanday ijobiy element F ichida kvadrat ildiz bor F va har qanday polinom toq daraja bilan koeffitsientlar yilda F kamida bittasi bor ildiz yilda F.
3. F a rasmiy ravishda haqiqiy maydon koeffitsientlari bilan toq darajadagi har bir polinom F kamida bitta ildizga ega Fva har bir element uchun a ning F u yerda b yilda F shu kabi a = b² yoki a = −b².
4. F emas algebraik yopiq, lekin uning algebraik yopilishi a cheklangan kengaytma.
5. F algebraik yopiq emas, lekin maydonni kengaytirish ${ displaystyle F ({ sqrt {-1}})}$ algebraik tarzda yopilgan.
6. Buyurtma mavjud F bu buyurtmaga hech qanday mos kelmaydi algebraik kengayish ning F.
7. F bu rasmiy ravishda haqiqiy maydon bo'lib, uning algebraik kengaytmasi mavjud emas F rasmiy ravishda haqiqiydir. (Boshqacha qilib aytganda, maydon rasmiy ravishda haqiqiy bo'lish xususiyatiga nisbatan algebraik yopilishda maksimal bo'ladi.)
8. Buyurtma mavjud F uni buyurtma qilingan maydonga aylantirish, shunday qilib, ushbu buyurtmada, oraliq qiymat teoremasi barcha polinomlar uchun amal qiladi F daraja bilan ≥ 0.
9. F a kuchsiz o-minimal buyurtma qilingan maydon.^[1]

Agar F Bu tartiblangan maydon, the Artin-Shrayer teoremasi ta'kidlaydi F ning algebraik kengaytmasi mavjud haqiqiy yopilish K ning F, shu kabi K bu buyurtma berilgan buyurtmaning kengaytmasi bo'lgan haqiqiy yopiq maydon Fva bir xil maydonlarning noyob izomorfizmiga qadar noyobdir F^[2] (har bir narsaga e'tibor bering halqa gomomorfizmi haqiqiy yopiq maydonlar o'rtasida avtomatik ravishda bo'ladi buyurtmani saqlash, chunki x ≤ y agar va faqat ∃ bo'lsaz y = x + z²). Masalan, ratsional sonlarning tartiblangan maydonining haqiqiy yopilishi maydon ${ displaystyle mathbb {R} _ { mathrm {alg}}}$ haqiqiy algebraik sonlar. Teorema nomlangan Emil Artin va Otto Shrayer, buni 1926 yilda kim isbotlagan.

Agar (F,P) bu tartiblangan maydon va E a Galois kengaytmasi ning F, keyin Zornning lemmasi maksimal tartiblangan maydon kengaytmasi mavjud (M,Q) bilan M ning pastki maydoni E o'z ichiga olgan F va buyurtma yoqilgan M kengaytirish P. Bu M, uning buyurtmasi bilan birgalikda Q, deyiladi nisbiy haqiqiy yopilish ning (F,P) ichida E. Biz qo'ng'iroq qilamiz (F,P) ga nisbatan haqiqiy yopiq E agar M faqat F. Qachon E bo'ladi algebraik yopilish ning F ning nisbiy haqiqiy yopilishi F yilda E aslida haqiqiy yopilish ning F ilgari tasvirlangan.^[3]

Agar F maydondir (dala operatsiyalari bilan mos keladigan hech qanday buyurtma qabul qilinmaydi va shunday deb ham qabul qilinmaydi F keyin buyurtma berish mumkin) F hali ham haqiqiy yopilishga ega, bu endi maydon bo'lmasligi mumkin, ammo shunchaki ahaqiqiy yopiq uzuk. Masalan, maydonning haqiqiy yopilishi ${ displaystyle mathbb {Q} ({ sqrt {2}})}$ uzuk ${ displaystyle mathbb {R} _ { mathrm {alg}} times mathbb {R} _ { mathrm {alg}}}$ (ikkita nusxa ikkita buyruqqa to'g'ri keladi ${ displaystyle mathbb {Q} ({ sqrt {2}})}$). Boshqa tomondan, agar ${ displaystyle mathbb {Q} ({ sqrt {2}})}$ ning buyurtma qilingan pastki maydoni sifatida qaraladi ${ displaystyle mathbb {R}}$, uning haqiqiy yopilishi yana maydon ${ displaystyle mathbb {R} _ { mathrm {alg}}}$.

Qarorlilik va miqdorni yo'q qilish

The til haqiqiy yopiq maydonlarning ${ displaystyle { mathcal {L}} _ { text {rcf}}}$ qo'shish va ko'paytirish amallari uchun belgilar, 0 va 1 konstantalari va tartib munosabatlari kiradi ≤ (shuningdek, tenglik, agar bu mantiqiy belgi hisoblanmasa). Ushbu tilda (birinchi darajali) haqiqiy yopiq maydonlar nazariyasi, ${ displaystyle { mathcal {T}} _ { text {rcf}}}$, quyidagilardan iborat:

• aksiomalari buyurtma qilingan maydonlar;
• har bir musbat sonning kvadrat ildizi borligini tasdiqlovchi aksioma;
• har bir g'alati raqam uchun ${ displaystyle d}$, aksiyom barcha darajadagi polinomlarni tasdiqlaydi ${ displaystyle d}$ kamida bitta ildiz bor.

Yuqoridagi barcha aksiomalarni ifodalash mumkin birinchi darajali mantiq (ya'ni miqdor sohasi faqat maydon elementlari bo'yicha).

Tarski isbotlangan (v. 1931) bu ${ displaystyle { mathcal {T}} _ { text {rcf}}}$ bu to'liq, bu degani har qanday kishi uchun ${ displaystyle { mathcal {L}} _ { text {rcf}}}$- hukm, buni yuqoridagi aksiomalardan rost yoki yolg'on isbotlash mumkin. Bundan tashqari, ${ displaystyle { mathcal {T}} _ { text {rcf}}}$ bu hal qiluvchi, demak, har qanday bunday jumlaning haqiqati yoki yolg'onligini hal qilish uchun algoritm mavjud.^{[iqtibos kerak ]}

The Tarski-Seydenberg teoremasi ushbu natijani aniqlanadigan darajaga etkazadi miqdorni yo'q qilish. Ya'ni, bor algoritm har qanday berilgan ${ displaystyle { mathcal {L}} _ { text {rcf}}}$erkin o'zgaruvchilarni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan formulalar, xuddi shu erkin o'zgaruvchilarda ekvivalent miqdorisiz formulani hosil qiladi, bu erda teng ikki formulaning o'zgaruvchilarning aynan bir xil qiymatlari uchun to'g'ri ekanligini anglatadi. Tarski-Seydenberg teoremasi - bu hal etuvchanlik teoremasining kengaytmasi, chunki erkin o'zgaruvchisiz miqdorsiz formulaning mavjudligini osongina tekshirish mumkin. to'g'ri yoki yolg'on.

Ushbu teorema quyidagicha kengaytirilishi mumkin proektsiya teoremasi. Agar R bu haqiqiy yopiq maydon, bilan formuladir n erkin o'zgaruvchilar pastki qismini belgilaydi Rⁿ, formulani qondiradigan nuqtalar to'plami. Bunday ichki qism a deb nomlanadi semialgebraik to'plam. Ning pastki qismi berilgan k o'zgaruvchilar, proektsiya dan Rⁿ ga R^k bo'ladi funktsiya bu xaritalarni xaritada n-ga ulang k- o'zgaruvchilar ichki qismiga mos keladigan komponentlarning birikmasi. Proyeksiyalar teoremasi yarimialgebraik to`plamning proektsiyasi yarimialgebraik to`plam ekanligi va yarimalgebraik to`plamni aniqlaydigan miqdorsiz formulasi berilgan holda, uning proektsiyasi uchun miqdoriysiz formulani ishlab chiqaradigan algoritm mavjudligini tasdiqlaydi.

Aslida, proektsion teorema formulada belgilangan yarimialgebraik to'plam proektsiyasi kabi, miqdorni yo'q qilishga tengdir. p(x, y) bilan belgilanadi

${ displaystyle ( mavjud x) P (x, y),}$

qayerda x va y mos ravishda chiqarib tashlangan o'zgaruvchilar va saqlanadigan o'zgaruvchilar to'plamini aks ettiradi.

Haqiqiy sonlarning birinchi darajali nazariyasining hal etuvchanligi keskin ko'rib chiqiladigan ibtidoiy operatsiyalar va funktsiyalarga bog'liq (bu erda qo'shish va ko'paytirish). Boshqa funktsiyalar belgilarini qo'shish, masalan sinus yoki eksponent funktsiya, noaniq nazariyalarni taqdim etishi mumkin; qarang Richardson teoremasi va Haqiqiy sonlar haqidagi birinchi darajali nazariyalarning qarorliligi.

Qarorning murakkabligi ${ displaystyle { mathcal {T}} _ { text {rcf}}}$

Tarskining asl algoritmi miqdorni yo'q qilish bor yagona bo'lmagan hisoblash murakkabligi, demak, minora yo'q

${ displaystyle 2 ^ {2 ^ { cdot ^ { cdot ^ { cdot ^ {n}}}}}}$

algoritmning bajarilish vaqtini bog'lashi mumkin, agar n kirish formulasining kattaligi. The silindrsimon algebraik parchalanish tomonidan kiritilgan Jorj E. Kollinz, murakkablikning ancha amaliy algoritmini taqdim etadi

${ displaystyle d ^ {2 ^ {O (n)}}}$

qayerda n o'zgaruvchilarning umumiy soni (erkin va bog'langan), d formulada uchraydigan polinomlar darajalarining ko'paytmasi va O(n) bo'ladi katta O yozuvlari.

Davenport va Xaynts (1988) buni isbotladilar eng yomon murakkablik oilani ishlab chiqarish orqali miqdorni yo'q qilish uchun deyarli maqbuldir Φ_n uzunlik formulalari O(n), bilan n miqdorlari va doimiy darajadagi polinomlarni o'z ichiga oladi, masalan, har qanday kvantirotsiz formulaga teng Φ_n darajadagi polinomlarni o'z ichiga olishi kerak ${ displaystyle 2 ^ {2 ^ { Omega (n)}}}$ va uzunlik ${ displaystyle 2 ^ {2 ^ { Omega (n)}}}$, qayerda ${ displaystyle Omega (n)}$ bo'ladi katta belgi.

Bu shuni ko'rsatadiki, miqdorni yo'q qilishning vaqt murakkabligi ham, kosmik murakkabligi ham o'zaro bog'liqdir ikki marta eksponent. Biroq, qaror qilish muammosi uchun yaxshiroq murakkabliklar ma'lum: Ben-Or, Kozen va Reyf (1986) haqiqiy yopiq maydonlar nazariyasi hal qilinishini isbotladi eksponent faza va shuning uchun ikki marta eksponent vaqt ichida. Bundan tashqari, ikkinchi ko'rsatkichda paydo bo'ladigan parametr formulaning kattaligi ham emas, o'zgaruvchilar soni ham (silindrsimon algebraik parchalanish kabi) emas, balki miqdor o'zgaruvchisi soni (dan ${ displaystyle mavjud}$ ga ${ displaystyle forall}$ va aksincha) da prenex normal shakli kirish formulasi.

Faqatgina ekzistensial formulalar uchun, ya'ni formulalar uchun

∃x₁, ..., ∃x_k P₁(x₁, ...,x_k) ⋈ 0 ∧ ... ∧ P_s(x₁, ...,x_k) ⋈ 0,

qayerda ⋈ ikkalasini ham anglatadi <, > yoki=, murakkabligi pastroq. Basu va Roy (1996) murakkabligi bilan bunday ekstentsial formulaning haqiqatini hal qilish uchun yaxshi xulqlangan algoritmni taqdim etdi s^k+1d^O(k) arifmetik amallar va polinom fazosi.

Buyurtma xususiyatlari

Haqiqiy sonlarning o'ta muhim xususiyati shundaki, u Arximed maydoni, ya'ni Archimedean xususiyatiga ega bo'lib, har qanday haqiqiy son uchun undan kattaroq butun son mavjud mutlaq qiymat. Ekvivalent bayonot shundan iboratki, har qanday haqiqiy son uchun katta va kichikroq tamsayılar mavjud. Archimedean bo'lmagan bunday haqiqiy yopiq maydonlar Arximeddan tashqari buyurtma qilingan maydonlar. Masalan, ning har qanday maydoni giperreal raqamlar haqiqiy yopiq va Arximed emas.

Archimedean xususiyati tushunchasi bilan bog'liq uyg'unlik. To'plam X buyurtma qilingan to'plamda mavjud F kofinal hisoblanadi F agar har biri uchun bo'lsa y yilda F bor x yilda X shu kabi y < x. Boshqa so'zlar bilan aytganda, X ning cheksiz ketma-ketligi F. Ning yashirinligi F bu eng kichik kofinal to'plamning kattaligi, ya'ni cheksiz ketma-ketlikni beradigan eng kichik kardinallikning kattaligi. Masalan, tabiiy sonlar realda kofinaldir, shuning uchun ham reallarning kofinalligi ${ displaystyle aleph _ {0}}$.

Shuning uchun bizda haqiqiy yopiq maydonning tabiatini belgilaydigan quyidagi invariantlar mavjud F:

• Kardinalligi F.
• Ning yashirinligi F.

Bunga biz qo'shishimiz mumkin

• Og'irligi F, bu zich pastki qismning minimal hajmi F.

Ushbu uchta asosiy raqam har qanday haqiqiy yopiq maydonning buyurtma xususiyatlari haqida juda ko'p ma'lumot beradi, ammo ularning nima ekanligini aniqlash qiyin bo'lishi mumkin, ayniqsa, agar biz qo'ng'iroq qilishni istamasak umumlashtirilgan doimiylik gipotezasi. Quyidagi xususiyatlarga ega bo'lishi yoki bo'lmasligi mumkin bo'lgan ba'zi bir xususiyatlar mavjud:

• Maydon F bu to'liq agar buyurtma qilingan maydon bo'lmasa K to'g'ri o'z ichiga olgan F shu kabi F zich K. Agar kofinalligi F bu κ, bu indekslangan Koshi ketma-ketligini aytishga teng κ yaqinlashmoqda F.
• Buyurtma qilingan maydon F bor eta to'plami mulk η_a, tartib raqami uchun a, agar biron bir ikkita kichik to'plam bo'lsa L va U ning F dan kam kardinallik ${ displaystyle aleph _ { alpha}}$ shundayki, ning har bir elementi L ning har bir elementidan kam U, element mavjud x yilda F bilan x ning har bir elementidan kattaroq L va ning har bir elementidan kichikroq U. Bu a bo'lishning model-nazariy xususiyati bilan chambarchas bog'liq to'yingan model; har qanday ikkita yopiq maydon $ Delta $ dir_a va agar ular bo'lsa ${ displaystyle aleph _ { alpha}}$- to'yingan va bundan tashqari ikkita η_a chinakam yopiq maydonlar ${ displaystyle aleph _ { alpha}}$ tartib izomorfikdir.

Umumlashtirilgan doimiylik gipotezasi

Agar biz taxmin qilmoqchi bo'lsak, haqiqiy yopiq maydonlarning xususiyatlari ancha soddalashadi umumlashtirilgan doimiylik gipotezasi. Agar doimiylik gipotezasi bajarilsa, doimiylik va ega bo'lgan barcha haqiqiy yopiq maydonlar η₁ mulk buyurtma izomorfidir. Ushbu noyob maydon Ϝ yordamida aniqlanishi mumkin ultra kuch, kabi ${ displaystyle mathbb {R} ^ { mathbb {N}} / { mathbf {M}}}$, qayerda M maydon izomorfikasiga olib kelmaydigan maksimal idealdir ${ displaystyle mathbb {R}}$. Bu eng ko'p ishlatiladigan giperreal sonlar maydoni yilda nostandart tahlil, va uning o'ziga xosligi doimiylik gipotezasiga tengdir. (Doimiy gipotezasiz ham, agar biz doimiylikning kardinalligi bo'lsa)${ displaystyle aleph _ { beta}}$ unda bizda noyob narsa bor η_β maydon hajmi η_β.)

Bundan tashqari, biz qurish uchun ultra kuchlarga muhtoj emasmiz Ϝ, biz maydonning nolga teng bo'lmagan sonli shartlari bilan ketma-ket subfild kabi juda konstruktiv ravishda qila olamiz. ${ displaystyle mathbb {R} ((G))}$ ning rasmiy quvvat seriyalari butunlay buyurtma qilingan abeliya bo'linadigan guruhda G bu η₁ guruh kardinallik ${ displaystyle aleph _ {1}}$ (Alling 1962 yil ).

Ϝ ammo to'liq maydon emas; agar biz uni to'ldirishni olsak, biz maydon bilan tugaymiz Κ katta kardinallik. Ϝ doimiylikning kardinalligiga ega, bu gipoteza bo'yicha ${ displaystyle aleph _ {1}}$, Κ kardinallikka ega ${ displaystyle aleph _ {2}}$, va zich subfild sifatida Ϝ ni o'z ichiga oladi. Bu juda katta kuch emas, lekin u bu giperreal maydon va shuning uchun nostandart tahlildan foydalanish uchun mos maydon. Haqiqiy sonlarning yuqori o'lchovli analogi ekanligini ko'rish mumkin; kardinallik bilan ${ displaystyle aleph _ {2}}$ o'rniga ${ displaystyle aleph _ {1}}$, uyg'unlik ${ displaystyle aleph _ {1}}$ o'rniga ${ displaystyle aleph _ {0}}$va vazn ${ displaystyle aleph _ {1}}$ o'rniga ${ displaystyle aleph _ {0}}$va bilan η₁ o'rniga mol-mulk η₀ xususiyat (bu shunchaki har qanday ikkita haqiqiy son o'rtasida boshqasini topishimiz mumkin degan ma'noni anglatadi).

Haqiqiy yopiq maydonlarning misollari

• haqiqiy algebraik sonlar
• The hisoblanadigan raqamlar
• The aniqlanadigan raqamlar
• The haqiqiy raqamlar
• superreal raqamlar
• giperreal raqamlar
• The Puiseux seriyasi haqiqiy koeffitsientlar bilan
• The syurreal raqamlar

Izohlar

Adabiyotlar

• Alling, Norman L. (1962), "η bo'lgan haqiqiy yopiq maydonlarning mavjudligi to'g'risida_a- quvvat to'plamlari ℵ_a.", Trans. Amer. Matematika. Soc., 103: 341–352, doi:10.1090 / S0002-9947-1962-0146089-X, JANOB  0146089
• Basu, Saugata, Richard Pollak va Mari-Fransua Roy (2003) "Haqiqiy algebraik geometriyadagi algoritmlar" Matematikada algoritmlar va hisoblash. Springer. ISBN  3-540-33098-4 (onlayn versiyasi )
• Maykl Ben-Or, Dekter Kozen va Jon Rif, Elementar algebra va geometriyaning murakkabligi, Kompyuter va tizim fanlari jurnali 32 (1986), yo'q. 2, 251-264 betlar.
• Caviness, B F va Jeremy R. Jonson, nashrlar. (1998) Miqdorni yo'q qilish va silindrsimon algebraik parchalanish. Springer. ISBN  3-211-82794-3
• Chen Chung Chang va Xovard Jerom Kaysler (1989) Model nazariyasi. Shimoliy-Gollandiya.
• Dales, H. G. va V. Xyu Vudin (1996) Super-Real maydonlari. Oksford universiteti. Matbuot.
• Davenport, Jeyms H.; Heintz, Joos (1988). "Haqiqiy miqdorni yo'q qilish ikki baravar eksponentga ega". J. Symb. Hisoblash. 5 (1–2): 29–35. doi:10.1016 / s0747-7171 (88) 80004-x. Zbl  0663.03015.
• Efrat, Ido (2006). Baholash, buyurtmalar va Milnor K- nazariya. Matematik tadqiqotlar va monografiyalar. 124. Providence, RI: Amerika matematik jamiyati. ISBN  0-8218-4041-X. Zbl  1103.12002.
• Makferson, D., Marker, D. va Shtaynxorn, S, Zaif o minimal tuzilmalar va haqiqiy yopiq maydonlar, Trans. Amerika matematikasi. Soc., Vol. 352, № 12, 1998 yil.
• Mishra, Bhubanesvar (1997) "Hisoblash haqiqiy algebraik geometriya, "ichida Diskret va hisoblash geometriyasi bo'yicha qo'llanma. CRC Press. 2004 yil nashr, p. 743. ISBN  1-58488-301-4
• Rajvad, A. R. (1993). Kvadratchalar. London matematik jamiyati ma'ruzalar to'plami. 171. Kembrij universiteti matbuoti. ISBN  0-521-42668-5. Zbl  0785.11022.
• Passmore, Grant (2011). Lineer bo'lmagan arifmetika uchun birlashgan qaror protseduralari, haqiqiy va murakkab (PDF) (PhD). Edinburg universiteti.
• Alfred Tarski (1951) Elementar algebra va geometriya uchun qaror qabul qilish usuli. Univ. Kaliforniya matbuoti.
• Erdos, P .; Gillman, L.; Henriksen, M. (1955), "Haqiqiy yopiq maydonlar uchun izomorfizm teoremasi", Ann. matematikadan., 2, 61 (3): 542–554, doi:10.2307/1969812, JSTOR  1969812, JANOB  0069161

Tashqi havolalar

• Haqiqiy algebraik va analitik geometriya oldindan chop etish serveri
• Model nazariyasi oldindan chop etish serveri