К парадоксу Банаха -- Тарского

Feb 19, 2006 21:29

Под "катом" -- обсуждение известного парадокса Банаха -- Тарского, а также схема его доказательства.
Read more... )

Leave a comment

теорема Кантора -- Бернштейна falcao February 19 2006, 23:15:14 UTC
По поводу множества F.

У нас сначала выбираются два вращения s и t. Они порождают счётную группу вращений. У каждого такого вращения (кроме единицы) есть две неподвижные точки на сфере. Все такие точки и образуют счётное множество F, которое является "строительным мусором". Чтобы его убрать, надо заметить, что множество вращений, при который счётное множество задевает свой образ, счётно. Поэтому можно подобрать такое вращение, которое F отображает в своё дополнение, то бишь в X \cup Y \cup Z. Поэтому, разбирая шар, мы будем иметь каждое из X,Y,Z в двух экземплярах. Для "мусора" мы выбрали слишком большой "контейнер", равный всему остальному. Но нам не жалко, потому что любое число копий X мы можем упаковать в один его экземпляр.

Граф Кэли группы G укладывается на сферу. Берём вершину g графа и ставим её на сферу в произвольную точку P \notin F. Вершина, соединённая с g ребром с меткой s, будет образом точки P при вращении s; аналогично для t. При этом весь граф помещается на сферу однозначно и заметает одну из G-орбит. Точки орбиты при этом будут располагаться как-то очень хаотично. Пока есть место на сфере, укладываем граф для всех остальных орбит (здесь как раз и применяется аксиома выбора). То есть сфера без F расслоена на орбиты, а каждая орбита есть укладка вершин графа в соответствии с интерпретацией s и t как вращений.

Теорема Кантора -- Бернштейна доказывается более чем конструктивно. Если следовать той идее, что биекция строится из обрезков инъекций, то результат практически предопределён.

Действительно, пусть \phi, \psi -- инъекции из A в B и из B в A соответственно. Положим A_0=A \setminus \psi(B). Это те точки из A, которые в биекции должны отображаться по правилу \phi. Аналогично, пусть B_0=B \setminus \phi(A). Здесь должно действовать правило \psi. Далее по индукции полагаем A_1=\psi(B_0), B_1=\phi(A_0), A_2=\psi(B_1), B_2=\phi(A_1) и так далее. Из свойств биекций следует, что множества A_0,A_1,A_2,... попарно дизъюнктны. То же для B_0,B_1,B_2,... . Итоговая биекция "спаривает" A_0 с B_1, B_0 с A_1, A_2 c B_3, B_2 с A_3 и так далее (всякий раз понятно, \phi или \psi здесь действует).

Обычно для иллюстрации рисуют A, B в виде параллельных лучей, а \phi, \psi -- в виде косых параллельных линий под 45 градусов, отображающих A в B и B в A. На такой картинке легко понять, какие куски куда переходят.

На самом деле это ещё не всё, так как объединение A_i (i=0,1,2,...) может не исчерпывать A. Пусть A' -- неисчерпанный кусок, и аналогично для B'. При этом оказывается, что как \phi, так и \psi биективно отображает A' на B', и для завершения построения биекции можно взять что-то одно из них (скажем, \phi).

Я на самом деле очень люблю это рассуждение.

Reply

Re: теорема Кантора -- Бернштейна ignat February 20 2006, 21:19:29 UTC
Спасибо за ответ.

Я всё равно не понимаю, как у нас происходит удвоение. Если выбросить F, то получим, что оставшуюся часть мы можем инъективно отобразить вращением s, при котором в каждой орбите подмножества типа X и Y перейдут биективно в Z. Значит, например, X+Y первой сферы можно отобразить на X второй, Z первой сферы можно отобразить на Y второй, а X+Y второй отображаются на Z второй, в результате две сферы_без_F упаковываются в одну. Но для упаковки F нам нужно не вращение s, а какое-то специальное вращение, которое переводит F в его дополнение. Как тут поступать?

И ещё хотел спросить: верно ли что свободная группа вкладывается в SO(3)? Мы показали вроде бы, что Z2*Z3 вкладывается в SO(3).

Reply

Re: теорема Кантора -- Бернштейна falcao February 21 2006, 04:06:47 UTC
Свободные подгруппы имеются в любом свободном произведении неединичных групп, за исключением Z_2*Z_2 (она метабелева). В частности, в SO(3) тоже есть свободная подгруппа ранга 2, поскольку она есть в Z_2*Z_3. Если мы на ней построим "чистое" удвоение (это легко описать явно), то можно будет устроить и "чистое" удвоение собственно сферы при помощи разложения на отдельные орбиты. Таким способом можно даже всё сделать короче.

Я с самого начала решил использовать теорему Хаусдорфа, так как она исторически предшествовала парадоксу Банаха -- Тарского. Там "чистого" удвоения не возникает, но этой конструкции достаточно для упаковки двух шаров в один.

Я думаю, что просто сбил Вас с толку употреблением слов "удвоить сферу". Это было замечание чисто эвристического характера, указывающее на то, что надо делать дальше. "Чистого" удвоения теорема Хаусдорфа не подразумевает.

Reply

Re: теорема Кантора -- Бернштейна migmit February 21 2006, 19:16:53 UTC
Множество вращений, при которых счётное множество задевает свой образ, континуально. Даже если счётное множество заменить на одну точку. Другое дело, что
а) это множество вращений имеет меру 0;
б) множество вращений на угол 180, при которых ..., таки счётно.

Reply

Re: теорема Кантора -- Бернштейна falcao February 21 2006, 20:15:44 UTC
Спасибо за обнаруженную неточность. Подразумевались, конечно, вращения относительно фиксированной оси, не проходящей ни через какую из точек множества F.

Reply


Leave a comment

Up