良基关系(well-founded relation)是一种特殊的二元关系,是良序关系中抽去全序的成分后获得的一种二元关系。设R为集合(或类)U上的一个二元关系,若U的每个非空子集均有R极小元,则称R为U上的一个良基关系,亦即R为U上的良基关系,当且仅当对U的每个非空子集x,存在x的元素y,使得对任何z∈U,〈z,y〉均不属于R。若U为集合,则称〈U,R〉为良基结构;若A为真类,通常要求U的每个元素关于R的初始段必须为一集合。良序关系一定为良基关系,反之则不成立。例如,在ZF公理系统中,由正则公理知,∈关系为集合论全域V上的良基关系,但不是良序关系。从直观上讲,被良基化的集合或类,可以通过其上的良基关系对其元素进行分层。事实上,若R为U上的一个良基关系,则可利用良基关系上的超穷递归原理定义U中每个元素x关于R的秩rank(x,U,R)=suprank(y,U,R)+1:yRx∧y∈U。如果U可传,R=∈,则rank(x,U,∈)恰好为x的秩rank(x)。
基本介绍
良基关系是集合上的一种重要关系,它是
恩斯特·策梅洛(E.F.F.Zermelo)于1935年提出的。设R是集合A上的一个关系,若A的任何非空子集B都有R极小元,则称R是A的 良基关系。A是关于R的良基集,记为。A上的任何良序关系都是A上的良基关系,但A上的良基关系不一定是A上的良序关系。如果A对于关系R不但是良基的,而且是全序的,那么A是良序集,例如,自然数集对小于关系既是良序的也是良基的,如果有限偏序集的哈塞图是有分叉的伪树(如图1),则它是良基的但不是良序的。在良基集中,不存在无穷的单调递降序列
若定义良基集到序数集内一个映射,使得当时,
且的值域是一个序数,则是A到ord内的一个确定单调增映射。的值域称为R的长度,即
例图中R的长度为6。
相关定理及其证明
定理 —关系R为良基的的,当且仅当不存在具有定义域为ω的函数f,使得对于每一,都有。
人们也称这一序列:为一降链,并且对于上述f,我们令并称这一D为的一降链子集合。
证明:假定一关系R不是良基的,那么存在一非空集合S,它没有R极小!元素,亦即
直观地讲,因为S不空,任取,由(3)就有,使得;成立,又由于,由(3)就有,使得成立。这里可以取不同,因为由S中没有R的极小元,那么,中也没有R极小元,把S应用于(3)即得,把这—·过程无限地作下去,即得到下述无穷序列:并且有:对于每一,都有或者记做.
这样我们可以令:
由(5)与(6),即得欲证结果。
反之,若存在一函数,我们令:
不难证明由(7)给出的集合S中没有R极小元。
注记:在上述证明中,我们说“把一过程无限地进行下去,即得到下述无穷序列"(指获得(4),这句话包含着有无穷多情形,并且在每个种情形下都需要由a去找一个b,使得bRa,我们知道虽然,但是(3)并未给出去选择y的方案。也就是说可能有许多元甚至无穷多元y满足xRx,根据什么原则去挑选唯一的元素呢?人们已经证明仅在ZF系统中是不可能实现的,它要求使用选择公理,不过,这里仅需用选择公理的一种较弱的形式称之为依赖选择原则,它意味着允许人们依次进行ω次的选择。
依赖选择原则(Bernays,1942):如果T是在不空集合S上的一个关系,使得对于每
一,都存在有T(x、y),那么就存在一序列:使得成立。
现在我们令依赖选择原则中的T(x、y)为据依赖选择原则,由(3)即可获得(4)。