决定性公理(determinstic axiom)是集合论的一条重要公理,在现代描述集合论中无穷对策具有重要的作用。考虑二人对策:设M={0,1,…,m-1},参赛者Ⅰ和Ⅱ轮流在M中选取n个数,得到结果序列,设为〈p1,q1,p2,q2,…,pn,qn〉,称为一个结局。一个结局的集合S被事先给出并且为Ⅰ和Ⅱ知道.最后,若〈p₁,p₂,…,qn〉∈S,则Ⅰ获胜;否则〈p₁,p₂,…,qn〉∉ S,则Ⅱ获胜,把这种对策记为GS,许多二人参赛的智力游戏,如下棋,都能在适当地选择M,n和S后,以这一抽象的形式被数学地表示,Ⅰ的一种必胜策略是指一规则:在Ⅰ的每一步,该规则可以根据双方在此以前的取法告诉Ⅰ这一步该怎样取,最终使Ⅰ获胜,类似地,可定义Ⅱ的必胜策略,在n是有穷的情况下,容易证明Ⅰ或Ⅱ必然有一个必胜的策略,也就是说对策是决定的,但在n是无穷时,对策是否是决定的就不再是明显的事实,决定性公理是:对于每个结局集S,GS是决定的,这里S⊆{〈p₁,q₁,p₂,q₂,…,pn,qn,…〉|pn,qn∈w}1。
基本介绍决定性公理是公理集合论用语。可添加到公理集合论ZF系统中去的一条公理,简记为AD。其内容为:对于每一个集合S⊆N↑N,对策G(S)都是决定性的。其中的N是自然数集,N↑N是{f| f:N→N},G(S)是与集合S相关的二人对策,所谓二人对策G(S),是指:对局者甲和乙依次选取自然数:a0,b0,a1,b1,…(甲选取a0,a1,…;乙选取b0,b1,…),是一个函数g:N→N,即g∈N↑N,如果g∈S,则对局者甲胜,否则为对局者乙胜。如果甲(或乙)按照某种策略g取值一定能获胜,则称甲(或乙)有必胜策略,并称对策G(S)是决定性的。决定性公理与选择公理(简记为AC)是彼此冲突的。可以证明,在公理集合论ZFC(即ZF+AC)系统中,决定性公理不成立。反之,如果把决定性公理添加到公理集合论ZF系统中去(记作ZF+AD),则有某些弱的选择公理成立。例如,在ZF+AD系统中,实数的非空子集的每一个可数簇都有一选择函数。
相关说明及结论对的每一个子集A,我们定义下面的游戏GA:甲、乙二人对局,甲选取自然数a0,乙选取自然数b0,接着甲取数a1,乙取数b1,从而形成二无穷序列
甲
乙
若所得结果序列在A中,则甲胜,否则乙胜。甲的策略σ为一函数,使得对任何n,
,乙的策略
也为一函数,使得对任何n,
,
对甲(乙)来说是必胜策略,若甲(乙)运用它作游戏GA时不管乙(甲)如何着法,他必胜。
游戏GA称为决定的,若甲、乙二人中有一人必有必胜策略。
决定性公理(Axiom of Determinateness)
AD:对每一个,游戏GA是决定的;
决定性公理AD与选择公理AC不相容2。
定理 若所有实数集是良序的,则存在 ,使得GA是非决定的。
证明 设 为一无穷基数使得
,运用超穷递归构造集合
,使得
[1]
[2]
[3]
令 ,则A是非决定的2。1
因为策略数为 ,所以令
是所有策略的枚举。设
,假定对所有
已确定。(1)若lim α,则令
;(2)若suc(α),令α=β+1,则
如下确定:若甲使用策略
,而乙任意地以b={b0,b1,…}与甲游戏,则共有
个不同的对局,以
表示其中任意一个对局。因
,故存在
使得
。由假定,
已被良序。因此我们可选取有此性质的最小b,并且
。同样地,若乙使用策略
,则存在a使得
,这里
表示已使用策略
而甲取
中的元与之游戏的对局。这时选取这样的最小a令
。
令 ,则我们获得游戏GA,因为任意策略σ是
中的一个,由
的构造可知,甲、乙二人都无必胜策略。
决定性公理与弱选择公理之一——可数选择公理是相容的。
可数选择公理(Countable Axiom of choice):非空集的每一个可数族有选择函数。
定理 若决定性公理成立,则实数的任一个非空子集组成的可数族有选择函数。
证明 设X={X0,X1,...}是 的非空子集组成的可数族,则X有选择函数。事实上,若甲玩a={a0,a1,...}.乙玩b={b0,b1,...},甲没有决胜策略,因为一旦甲取数a0以后,乙能容易地玩b使
,乙玩b={b0,b1,…},甲以{a0,0,0…}与之对局,则结果序列a0b0…
。可见乙有必胜策略
,于是在X上定义函数f,使得f(Xn)是乙运用
策略时,对抗甲的{n,0,0,…}的那个b2。
本词条内容贡献者为:
胡建平 - 副教授 - 西北工业大学