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📐 Theorem X.10.14(Cantor:可算稠密無界線形順序の一意性)/Corollary X.10.15

  • 📐 Theorem X.10.14(Cantor:可算稠密無界線形順序の一意性)/Corollary X.10.15 #Card
    • 可算・稠密・非有界な線形順序が同型を除いて一意(=$\mathbb{Q}$ と同型)であることの証明の骨子は。

線形順序が dense($a<b\implies\exists c,\ a<c<b$)かつ unbounded(各 $c$ の両側に元がある)とする。

Thm X.10.14: 任意の2つの可算・稠密・非有界な線形順序は同型

証明(back-and-forth 論法): $A={a_n},B={b_n}$ を交互に処理: $f(a_0):=b_0$ の後、非有界性で未対応の $a$(または $b$)を選び、稠密性で順序を保つ対応先の区間から未使用の元を選ぶ、を繰り返す。可算性が本質(帰納的に全点を処理しきれる)。

Cor X.10.15: 可算稠密非有界線形順序は $\mathbb{Q}$(標準順序)と同型。

帰結: $\mathbb{R}$ は $\mathbb{Q}$ の唯一の(順序)完備化。標準位相 $\nu_\mathbb{R}$ は $]0,1[$ と同相なので、$\mathbb{Q}\cong{]0,1[}\cap\mathbb{Q}$、$\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}\cong{]0,1[}\setminus\mathbb{Q}$ という同相が従う(可算稠密線形順序の一意性が位相同型に翻訳される)。back-and-forth 論法自体はモデル理論の $\omega$-範疇性の原型としても重要。